Modelo de placa y convergencia de malla

El aumento en el número de elementos proporciona resultados más precisos, pero a costa de una mayor demanda computacional.

Modelo de placa

Se recomiendan elementos de lámina para el modelado de placas en el análisis por el Método de los Elementos Finitos de la unión estructural. Se aplican elementos de lámina cuadrangulares de 4 nodos con nodos en sus esquinas. Se consideran seis grados de libertad en cada nodo: 3 traslaciones (u_x, u_y, u_z) y 3 rotaciones (φ_x, φ_y, φ_z). Las deformaciones del elemento se dividen en componentes de membrana y de flexión.

La formulación del comportamiento de membrana se basa en el trabajo de Ibrahimbegovic (1990). Se consideran las rotaciones perpendiculares al plano del elemento. Se proporciona una formulación 3D completa del elemento. Las deformaciones de cortante fuera del plano se consideran en la formulación del comportamiento a flexión de un elemento basado en la hipótesis de Mindlin. Se aplica nuestra variante estabilizada interna del elemento de placa cuadrangular de Mindlin con deformación de cortante constante a lo largo del borde. Los elementos están inspirados en los elementos MITC4; véase Dvorkin (1984). La lámina se divide en cinco capas de integración a través del espesor de la placa en cada punto de integración y el comportamiento plástico se analiza en cada punto. Se denomina integración de Gauss-Lobatto. La etapa elasto-plástica no lineal del material se analiza en cada capa en función de las deformaciones conocidas. Solo se muestran las tensiones y deformaciones máximas de todas las capas.

Convergencia de malla

Existen algunos criterios para la generación de malla en el modelo de unión. La verificación normativa de la unión debe ser independiente del tamaño del elemento. La generación de malla en una placa independiente no presenta problemas. Se debe prestar atención a geometrías complejas como paneles rigidizados, perfiles en T y placas base. Para geometrías complicadas se debe realizar el análisis de sensibilidad considerando la discretización de la malla.

Todas las placas de una sección transversal de viga tienen una división común en elementos. El tamaño de los elementos finitos generados está limitado. El tamaño mínimo del elemento se establece en 10 mm y el tamaño máximo del elemento en 50 mm (puede configurarse en la configuración de código). Las mallas en alas y almas son independientes entre sí. El número predeterminado de elementos finitos se establece en 8 elementos por altura de sección transversal, como se muestra en la figura siguiente. El usuario puede modificar los valores predeterminados en la configuración de código.

La malla en una viga con restricciones entre el alma y la placa del ala

La malla de las placas de testa es independiente de las demás partes de la unión. El tamaño predeterminado del elemento finito se establece en 16 elementos por altura de sección transversal, como se muestra en la figura.

La malla en una placa de testa con 7 elementos a lo largo de su anchura

El siguiente ejemplo de una junta viga-columna muestra la influencia del tamaño de malla en la resistencia a momento. Una viga de sección abierta IPE 220 se conecta a una columna de sección abierta HEA 200 y se carga con un momento flector como se muestra en la figura siguiente. El componente crítico es el panel de la columna a cortante. El número de elementos finitos a lo largo de la altura de la sección transversal varía de 4 a 40 y se comparan los resultados. Las líneas discontinuas representan las diferencias del 5%, 10% y 15%. Se recomienda subdividir la altura de la sección transversal en 8 elementos.

Modelo de junta viga-columna y deformaciones plásticas en el estado límite último

La influencia del número de elementos en la resistencia a momento

Se presenta el estudio de sensibilidad de malla de un rigidizador esbelto comprimido del panel del alma de la columna. El número de elementos a lo largo de la anchura del rigidizador varía de 4 a 20. El primer modo de pandeo y la influencia del número de elementos en la resistencia al pandeo y la carga crítica se muestran en la figura siguiente. Se muestra la diferencia del 5% y 10%. Se recomienda utilizar 8 elementos a lo largo de la anchura del rigidizador.

El primer modo de pandeo y la influencia del número de elementos a lo largo del rigidizador en la resistencia a momento

Se presenta el estudio de sensibilidad de malla de un perfil en T a tracción. La mitad del ancho del ala se subdivide en 8 a 40 elementos, y el tamaño mínimo del elemento se establece en 1 mm. La influencia del número de elementos en la resistencia del perfil en T se muestra en la figura siguiente. Las líneas discontinuas representan las diferencias del 5%, 10% y 15%. Se recomienda utilizar 16 elementos en la mitad del ancho del ala.

La influencia del número de elementos en la resistencia del perfil en T