El pandeo rara vez es una propiedad de un elemento aislado. Depende de la rigidez de la estructura circundante, de las condiciones de contorno, de la posición de la carga, de las imperfecciones y, lo que es importante, del comportamiento real de las uniones.
La aplicación Stability reúne todos estos aspectos. Los ingenieros pueden modelizar la parte relevante de la estructura, verificar el sistema estático, calcular y comprobar las uniones, identificar las formas críticas de pandeo, introducir imperfecciones y realizar análisis no lineales geométricos y de material con imperfecciones (GMNIA), todo ello en un único flujo de trabajo conectado.
En lugar de estimar la longitud de pandeo de un elemento aislado, el ingeniero puede analizar cómo pandeará realmente el elemento como parte de la estructura.
La solución abarca estas tareas principales:
- Comprobar un elemento de acero en el que el pandeo, y no la resistencia, es determinante para el cálculo.
- Calcular y comprobar las uniones de ese elemento dentro del mismo trabajo.
- Comprobar la resistencia a la estabilidad de los elementos y subestructuras.
- Generar un único informe que abarque la estructura y sus uniones.
Navegación rápida:
Modelización de la estructura alrededor del elemento analizado (elementos)
Un análisis de estabilidad fiable comienza con el modelo estructural adecuado.
- En Stability, el ingeniero trabaja con una subestructura en lugar de un elemento aislado. Los elementos, nodos, apoyos, articulaciones, excentricidades, cargas y combinaciones se definen directamente en la escena 3D y siguen siendo editables a lo largo de todo el proceso de cálculo.
- Los proyectos pueden comenzar desde un modelo en blanco, una plantilla preparada o una importación desde una herramienta de análisis por elementos finitos (FEA). Los elementos se pueden añadir, eliminar, dividir o reubicar sin necesidad de reconstruir todo el proyecto.
- Las guías de trazado y de ortogonalidad permiten crear la geometría estructural directamente en la escena. Las distancias repetidas se pueden introducir mediante un multiplicador.
- Los nodos duplicados por coincidencia se fusionan automáticamente para mantener conectado el modelo estructural.
Los apoyos y las articulaciones en los extremos de los elementos son visibles directamente en la escena, y sus grados de libertad individuales se pueden editar. Por tanto, el modelo se puede inspeccionar antes de realizar cualquier análisis de estabilidad avanzado.
Un análisis lineal proporciona reacciones, esfuerzos internos y deformaciones, lo que permite al ingeniero comparar la respuesta estructural con lo esperado antes de avanzar en el flujo de trabajo.
Esto ofrece al ingeniero una forma de verificar que el sistema estático analizado es el que pretendía crear.
Cargas tal como existen en el modelo estructural
Stability trabaja con casos de carga y combinaciones de carga, incluido el peso propio automático. Las combinaciones se definen como ELU o ELS.
El usuario selecciona entre cargas puntuales y lineales para aplicarlas a los elementos.
En los elementos de tipo lámina, la posición de la carga es importante. Por ello, una carga puede actuar sobre el eje del elemento o sobre una de sus caras, incluyendo la excentricidad y el ancho cargado.
El mismo principio se aplica a la geometría del elemento. Las excentricidades inicial y final se pueden definir de forma independiente, lo que permite representar elementos cuya alineación física cambia entre sus extremos.
El resultado es un modelo estructural que primero se puede comprobar con los resultados habituales del análisis lineal y después utilizar de forma coherente en los análisis más avanzados que siguen.
Aprenda paso a paso cómo definir las cargas en Stability en este artículo.
Conversión del elemento crítico en un modelo CBFEM
No todos los elementos de la subestructura necesitan un modelo detallado de elementos finitos.
Stability mantiene la estructura circundante como elementos 1D y permite al ingeniero seleccionar la parte crítica y convertirla en un elemento CBFEM modelizado con elementos finitos tipo lámina.
La parte CBFEM del modelo puede constar de uno o varios elementos, y esta selección sigue siendo editable. El resto de la estructura modelizada permanece como elementos 1D, con solo los muñones necesarios para el cálculo de las uniones. Esto proporciona detalle donde es necesario y mantiene simple el resto del sistema estructural.
Encuentre más información sobre cómo definir elementos CBFEM en Stability en este artículo.
Las uniones reales pasan a formar parte del modelo de estabilidad
Al crear un elemento CBFEM, sus nodos se identifican automáticamente como uniones.
En un proyecto Stability independiente, estas uniones se pueden abrir directamente en IDEA StatiCa Connection y calcular con las operaciones habituales para placas, pernos, soldaduras, rigidizadores y otros componentes de la unión.
La comprobación de la unión utiliza los efectos de carga en ELU calculados mediante el análisis lineal 1D en Stability. No es necesario transferir fuerzas entre el modelo estructural y el modelo de la unión.
Si todavía no se ha realizado el análisis 1D, el usuario recibe una notificación sobre la falta de resultados.
En estructuras con juntas repetidas, una unión ya calculada también se puede reutilizar mediante Recent connections.
Esto cierra una brecha importante entre la estabilidad del elemento y el cálculo de las uniones. El análisis ya no tiene que basarse únicamente en la hipótesis de una junta idealizada cuando la unión real se calcula en otro lugar.
En su lugar, la unión que transfiere las fuerzas se puede calcular, comprobar y, a continuación, representar mediante su rigidez real en el análisis de estabilidad.
Verificación de la estructura antes de buscar la inestabilidad
Antes de los análisis de estabilidad, se realiza un análisis materialmente no lineal (MNA). El objetivo es sencillo: verificar que la estructura, incluidas las uniones calculadas, puede soportar el 100 % de la carga aplicada.
Esto crea una secuencia lógica de comprobaciones:
modelo estructural → transferencia de carga → cálculo de uniones → MNA → análisis de estabilidad
Por tanto, el ingeniero aborda la evaluación de la estabilidad con un sistema estructural cuya geometría, cargas, condiciones de contorno y uniones ya han sido verificadas.
Aprenda a calcular uniones en la aplicación Stability en este artículo.
Formas de pandeo: vea cómo pandea la estructura
El siguiente paso es un análisis lineal de pandeo (LBA).
En lugar de pedir al ingeniero que anticipe un modo de pandeo o que obtenga previamente una longitud de pandeo efectiva, Stability calcula las formas de pandeo de la subestructura modelizada.
Cada forma sevisualiza directamente sobre la estructura junto con su factor de carga crítico αcr.
Esto proporciona tanto un resultado numérico como una imagen técnica de la inestabilidad: el ingeniero puede ver si el comportamiento determinante es global, del elemento o local, y cómo participa en él la estructura circundante.
Dado que el análisis se realiza sobre la subestructura modelizada, tiene en cuenta sus apoyos reales y la rigidez de las uniones calculadas.
Por consiguiente, el factor de carga crítico se puede utilizar para obtener Ncr, Mcr y la longitud de sistema correspondiente para su uso en un modelo estructural global. También ayuda a determinar si los efectos de segundo orden se pueden despreciar en el análisis global.
Si el factor de carga crítico es inferior a 1,0, la carga aplicada ya supera la carga crítica elástica del sistema analizado, una condición que se indica claramente en los resultados.
De las formas de pandeo a las imperfecciones
Un modelo numérico perfecto no pandea como una estructura real. Por ello, el análisis de estabilidad avanzado requiere imperfecciones.
Stability hace visible su definición en lugar de dejarla como un dato numérico abstracto.
Las imperfecciones globales se pueden introducir como una inclinación o derivarse de las formas de pandeo calculadas mediante LBA. Las formas disponibles se acompañan de sus factores críticos y de indicadores que ayudan al ingeniero a evaluar su relevancia.
Las formas de pandeo seleccionadas se pueden combinar con pesos y amplitudes definidos por el usuario.
Lo más importante es que la geometría imperfecta resultante se muestra directamente en la escena 3D, en milímetros, antes de iniciar el GMNIA.
Así, el ingeniero puede inspeccionar no solo la magnitud de la imperfección, sino también su dirección y su forma combinada.
Esto es especialmente importante cuando interactúan varias imperfecciones. Una forma de pandeo no tiene por sí misma una orientación positiva o negativa, mientras que la dirección elegida puede afectar a la resistencia final. Ver la geometría resultante antes del cálculo hace explícita esta decisión técnica.
Lea más sobre las imperfecciones en la aplicación Stability.
GMNIA sin necesidad de obtener longitudes de pandeo
Una vez definidas las imperfecciones, Stability realiza el análisis no lineal geométrico y de material con imperfecciones (GMNIA).
Esta es la vía del método avanzado para la evaluación de la estabilidad: en lugar de obtener longitudes de pandeo y aplicar después una fórmula de estabilidad de elementos, se calcula directamente la respuesta no lineal de la estructura imperfecta.
Los resultados incluyen la comprobación de la deformación, así como las componentes de tensión, deformación y desplazamiento.
El análisis también ofrece ajustes para la reducción de rigidez según la norma de cálculo seleccionada y un límite de giro para el pandeo lateral torsional. La reducción de rigidez afecta únicamente al GMNIA; el MNA y el LBA no se ven afectados.
Por tanto, el flujo de trabajo separa tres cuestiones técnicas distintas:
MNA: ¿Puede la estructura detallada y sus uniones soportar la carga aplicada?
LBA: ¿Cómo tiende a pandear la estructura y con qué factor de carga crítico?
GMNIA: ¿Cumple la estructura imperfecta la evaluación de estabilidad mediante el método de análisis avanzado?
Cada análisis tiene sus propios resultados y un estado OK / NOT OK explícito, de modo que la conclusión no tiene que deducirse de un conjunto de tablas de resultados.
El informe final puede abarcar el análisis estructural e incluir, cuando sea necesario, las comprobaciones de las uniones en el mismo documento.
Obtenga más información sobre todos los tipos de análisis de Stability en este artículo.
Pase directamente de su modelo FEA global a Stability a través de Checkbot
En muchos proyectos, el elemento que requiere una comprobación de estabilidad ya existe en un modelo FEA global.
No hay motivo para volver a construirlo.
Por ello, Stability está integrado con IDEA StatiCa Checkbot. Una subestructura relevante se puede tomar del modelo global importado y abrir directamente en Stability con su geometría, alineación de la sección transversal, excentricidades de los elementos, casos de carga, combinaciones y uniones.
Se omite el paso de modelización y el proyecto de Stability se abre directamente en la fase Design (no es necesario modelizar la estructura 1D; por tanto, la pestaña Model no está visible).
Esto reduce la transcripción manual entre el análisis global y la evaluación detallada de la estabilidad y, con ello, el riesgo de que el modelo comprobado difiera del modelo que generó los esfuerzos.
Hay un dato técnico importante que sigue correspondiendo al usuario: los apoyos en el contorno de la subestructura extraída. Estas condiciones de contorno representan la coacción que proporciona la estructura circundante y pueden influir de forma significativa en el resultado de estabilidad. Por tanto, deben ser definidas y verificadas por el ingeniero.
Primero las uniones, después la estabilidad
Cuando Stability se inicia desde Checkbot, el cálculo de las uniones sigue gestionándose en Checkbot.
Las uniones se calculan primero allí, conservando los grupos de uniones y la relación con el modelo estructural importado. Stability lee después estos cálculos y utiliza su rigidez en la evaluación de la estabilidad, sin modificarlos.
Por tanto, el flujo de trabajo es deliberadamente sencillo:
Importar el modelo FEA global → calcular las uniones en Checkbot → seleccionar la subestructura → abrir Stability → definir los apoyos de contorno → ejecutar la comprobación de estabilidad.
Checkbot conserva el estado de los análisis, incluidos el MNA, el factor crítico del LBA, el GMNIA y las comprobaciones de placas, lo que ofrece al ingeniero una visión general de qué proyectos de estabilidad ya se han verificado.
Y cuando la subestructura importada no es suficiente para la tarea, el proyecto se puede exportar a un Stability independiente. Allí, la pestaña Model completa vuelve a estar disponible, lo que permite al ingeniero ampliar o modificar la estructura y continuar el análisis de forma independiente.
De un elemento aislado al sistema estructural real
Stability cambia la pregunta que hay detrás de una comprobación de estabilidad de elementos. En lugar de preguntar:
«¿Qué longitud de pandeo debo suponer para este elemento?»
...el ingeniero puede investigar:
«¿Cómo pandea este elemento como parte de la estructura que realmente lo coacciona?»
La modelización de subestructuras editables, los elementos CBFEM, las uniones con verificación normativa, la rigidez real de las uniones, las formas de pandeo del LBA, las imperfecciones visibles y el GMNIA se integran en un único flujo de trabajo, desde el modelo estructural hasta el informe final.
Ese es el propósito de la nueva aplicación Stability en IDEA StatiCa 26.1: analizar los elementos propensos al pandeo como parte de la estructura a la que realmente pertenecen.
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