Manual castellano de STRAUS7 - Escuela Técnica Superior de

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Máster Universitario en Innovación Tecnológica en Edificación
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
MASTER UNIVERSITARIO EN INNOVACIÓN TECNOLÓGICA EN EDIFICACIÓN
LA SIMULACIÓN EN EL DISEÑO DE TÉCNICAS DE REHABILITACIÓN DE EDIFICIOS
Profesor Jaime Santa Cruz Astorqui
EU Arquitectura Técnica - Universidad Politécnica de Madrid
MODULO 1: LA SIMULACIÓN POR ELEMENTOS FINITOS. MANUAL STRAUS7
I. INTRODUCCIÓN AL MÉTODO FEA. CONCEPTOS Y METODOLOGÍA
1
Conceptos básicos del Análisis por elementos finitos
La aplicación Straus7
II. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA E IMPORTACIÓN EN STRAUS7
2
3
5
Modelo de líneas
Modelo plano
Modelo superficial
Modelo sólido
6
7
8
9
III. MALLADO DEL MODELO
10
Surface meshing
Solid meshing
13
14
IV. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS
15
Propiedades Beam
Propiedades Plate
Propiedades Brick
Parámetros comunes de asignación a elementos
Modelos de Materiales
V. ASIGNACIÓN DE ATRIBUTOS
16
23
26
27
29
34
Node attributes
Beam Attributes
Plate attributes
Brick attributes
Link attributes
35
36
40
42
44
VI. COMANDOS de Straus7
48
File
Edit
View
Select
Summary
Global
Create
Attributes (ver cap. V)
Tools
Tables
Property (ver cap. IV)
Solver
Results (ver cap. VII)
Window
Barra superior de acceso directo a comandos
Acceso directo con menú de botón derecho
Barra lateral iconos de opciones
Barra inferior de estatus del modelo
VII. POST PROCESSING: ANÁLISIS DE RESULTADOS
49
50
51
59
60
60
64
64
64
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81
81
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84
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88
90
91
92
Fecha actualización apuntes: 06/09/2010
Máster Universitario en Innovación Tecnológica en Edificación
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
I. INTRODUCCIÓN AL MÉTODO FEA. CONCEPTOS Y METODOLOGÍA
Llamamos análisis por elementos finitos (Finite Element Analisys) al proceso de simulación de un
modelo virtual ante una serie de situaciones que previsiblemente afectarán a dicho modelo en la
realidad, con el objeto de conocer de antemano cual será su respuesta.
En el ámbito de la ingeniería suele aplicarse a la simulación físico-mecánica de modelos complejos
para conocer su comportamiento sin necesidad de ensayar modelos reales en laboratorio. Se trata
de un método complejo y trabajoso, por lo que únicamente es rentable cuando los métodos analíticos
no puedan dar una solución al problema, y los métodos experimentales son demasiado costosos en
tiempo y dinero.
El método de elementos finitos se basa en la discretización del modelo en elementos finitos,
ensamblados unos con otros, formando una malla espacial de puntos (nodos) interconectados. Cada
elemento se forma de una serie de nodos con unas características particulares de rigidez y
movimiento. Cualquier acción aplicada en el modelo, origina la deformación de todos los elementos
hasta alcanzar una situación de equilibrio. Este proceso, de tipo matricial, es el fundamento del FEA.
Modelo 3D
Æ
modelo de elementos finitos
Æ
resultados del análisis
La discretización en elementos, la definición de los materiales empleados y las acciones aplicadas,
serán determinantes para que la simulación se aproxime más o menos a la realidad. Cuanto más
compleja sea la definición del modelo, se necesitará mayor tiempo de introducción de datos y de
cálculo, pero los resultados serán más fiables.
De esto se deduce que el método FEA no es necesariamente un método exacto, y que incluso puede
llegar a ser bastante irreal, dependiendo de la calidad del trabajo realizado. Sin embargo, en muchas
situaciones será el único método a nuestra disposición para evaluar nuestro modelo antes de
fabricarlo, pudiendo con ello reducir mucho los costes de diseño y fabricación, así como permitir al
ingeniero diseñar soluciones técnicas que de otra forma serían inviables. Es por lo tanto, una
excelente herramienta de diseño, tal y como lo demuestra el desarrollo actual en materia de
ingeniería, realizado en su gran mayoría mediante FEA.
Diversos ejemplos de FEA en el ámbito de la ingeniería mecánica
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Introducción
1
Jaime Santa Cruz (EUATM-UPM)
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En el campo de la edificación, el FEA se introdujo hace casi 20 años en el cálculo de estructuras
copmlpejas. Hasta entonces, las estructuras hiperestáticas de hormigón armado se analizaban
mediante sistemas analíticos simplificados o bien mediante el método numérico de Cross. Estos
sistemas eran claramente aproximativos cuando el modelo era complejo (por ejemplo pórticos
tridimensionales), por lo que la utilización del FEA permitió el análisis preciso de grandes estructuras,
estructuras laminares, etc.
Hoy en día, es usual el manejo de software especializado, del que el más representativo es
CypeCad. Estas aplicaciones siguen el mismo proceso, aunque no son herramientas genéricas, dado
que trabajan con sistemas predefinidos en el contexto de las estructuras de edificación, por lo que no
nos son útiles para la simulación en el diseño de sistemas nuevos.
Conceptos básicos del Análisis por elementos finitos
Dadas las características del curso, el objetivo no es el aprendizaje exhaustivo de la base
matemática del FEA, sino el conocimiento suficiente de la herramienta como para poder resolver
pequeños problemas de simulación en el contexto de las técnicas de rehabilitación estructural de
edificios. Este tipo de técnicas son difícilmente evaluables por otros métodos, dada la gran
complejidad de sus mecanismos, como por ejemplo un refuerzo combinado de malla de material
compuesto (resina epoxi + fibra polimérica) y perfiles de acero. Por otra parte, el FEA nos permite
evaluar la respuesta de la estructura en cada uno de los pasos seguidos en la ejecución del refuerzo,
algo casi inviable por otros métodos.
El objetivo principal de este curso es por tanto aunar técnica y tecnología, aprovechando la enorme
sinergia de combinar el FEA con el diseño constructivo de técnicas de rehabilitación estructural.
El FEA se basa en la reacción de cada elemento finito ante solicitaciones externas aplicadas en sus
nodos. Existen diferentes tipos de elementos finitos que pueden utilizarse para modelar un objeto:
− Elementos lineales (Beams): constan de dos nodos extremos unidos por el elemnto.
− Elementos bidimensionales (Plates): constan de 3 nodos (triángulos) o 4 nodos
(cuadrángulos) en sus vértices.
− Elementos tridimensonales (Bricks): constan de 4 nodos (tetraedros), 5 nodos (pirámides), 6
nodos (cuñas) u 8 nodos (hexaedros).
Cada elemento se deformará dependiendo de sus características físicas y del tipo de unión con los
elementos contiguos (llevado al extremo, la realidad no es mas que un gigantesco mallado de
moléculas que poseen unas características físicas determinadas).
Para comprender mejor como funciona un modelo, diremos que entre dos nodos existe una conexión
que determina como y en que medida se mueven entre si cuando aparecen acciones sobre ellos. En
consecuencia, al aplicar un desplazamiento sobre un nodo, se produce una reacción de los nodos
conectados en función de las propiedades físico-mecánicas asociadas al material, y por lo tanto se
producen tensiones. La suma las tensiones originadas por los desplazamientos de todos los nodos,
deben equilibrarse con las acciones externas. Si se produce el equilibrio, el modelo es estable y
pueden obtenerse los valores de tensiones y deformaciones en cada punto de la malla.
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Introducción
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En consecuencia, las propiedades que rigen la mayoría de los elementos que utilizaremos son de
tipo estructural:
− Módulo de rigidez longitudinal o módulo de Young
− Módulo de rigidez transversal o módulo de cortante
− Módulo de Poisson
− Densidad
… y otros utilizados en simulaciones en las que intervienen fenómenos térmicos:
− Coeficiente de expansión térmica
− Calor específico
− Conductividad térmica
Estos parámetros se determinan con un valor específico del material para un análisis lineal. En caso
de realizar un análisis no-lineal, dichos parámetros pueden establecerse mediante curvas en función
del tiempo o temperatura. El caso mas conocido es la determinación de la tensión en función de la
deformación, que define el comportamiento elástico y plástico del material.
Sin embargo, en el ámbito de nuestro trabajo lo más usual será realizar análisis estáticos lineales, en
los que no intervendrán efectos de calor ni análisis de fluidos, lo que simplifica mucho el problema y
la definición de materiales. También será necesario realizar análisis estáticos no-lineales, debido a la
necesidad de observar los elementos en su comportamiento plástico y de diferenciar los valores de
tensión-deformación tanto en el tramo de compresiones como en el de tracciones, algo muy usual en
materiales de construcción de tipo pétreo.
La aplicación Straus7
Straus7 es un programa genérico de análisis por elementos finitos suficientemente versátil y potente
para nuestro campo de estudio, y que además sigue el mismo esquema de proceso que la mayoría
de las aplicaciones existentes para el análisis por elementos finitos en el campo de la ingeniería
(Ansys, Abaqus, Adina, Cosmos, Nastran, Algor, CADfem, Diana, etc).
El método empleado por todos consiste en tres fases perfectamente delimitadas. Existen de hecho
aplicaciones que resuelven únicamente uno o dos de los procesos, apoyándose en motores de
cálculo externos compatibles. Las fases son Preproceso Æ Cálculo Æ Postproceso:
A) Preproceso
El preproceso consiste en la definición geométrica del modelo a simular, los materiales empleados,
las condiciones de apoyo y de unión entre piezas, las acciones aplicadas al modelo, etc.
En resumen, se trata de la definición completa de la realidad que deseamos simular. Para la
definición geométrica del modelo, es usual partir de otro tipo de aplicaciones mas especializadas en
modelado 3D, ya que las herramientas de modelado de este tipo de programas (en general) son
poco efectivas. En nuestro caso utilizaremos AutoCAD.
B) Cálculo (análisis)
Es la fase en la que el programa resuelve el problema planteado en el preproceso mediante cálculo
por elementos finitos. Existen diferentes tipos de análisis dependiendo del tipo de problema (análisis
lineales y no lineales, estáticos o dinámicos, etc), Este proceso implica muy poca intervención por
parte del usuario, pero mucho tiempo de proceso del ordenador. Dependiendo de la complejidad y
tamaño del modelo definido, y de la potencia del ordenador empleado, el tiempo de cálculo irá desde
unos segundos hasta incluso varios días.
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C) Postproceso
El postproceso nos permite visualizar y analizar los resultados numéricos obtenidos en el cálculo.
Existen muchas formas de obtener los datos, tales como gráficas, listados y mapas de colores sobre
el propio modelo.
Una vez valorados los resultados obtenidos, lo normal es volver al Preproceso para modificar algún
parámetro o la geometría del modelo, y repetir entonces el cálculo. Este proceso iterativo es usual y
dependerá de la capacidad del usuario para analizar correctamente los resultados y proponer en
consecuencia las modificaciones oportunas.
Existen algunas aplicaciones FEM que facilitan este proceso, ya que toda la fase de preproceso se
realiza mediante un sistema paramétrico. De esta forma, las modificaciones en el modelo se realizan
sobre tablas de parámetros, por lo que el cálculo y postproceso se generan de forma automática. La
pega es que todo el modelado 3D debe hacerse desde la propia aplicación, no aceptando modelos
3D de otros programas.
También existen aplicaciones que gestionan de forma semiautomática el proceso de diseño iterativo
antes mencionado, como es el caso de ModeFrontier. Se trata de aplicaciones que modifican
parámetros de diseño hasta alcanzar un objetivo predeterminado. Esto puede llevar varios días de
proceso, pero sin necesidad de trabajo por parte del usuario. Es la propia aplicación la que gestiona
el preproceso, cálculo y postproceso, tantas veces como necesite para cumplir con el objetivo
establecido.
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II. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA E IMPORTACIÓN EN STRAUS7
Modelo de líneas
Modelo plano
Modelo superficial
Modelo sólido
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II. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA E IMPORTACIÓN EN STRAUS7
Se trata del primer proceso en la tarea de simular el comportamiento de un modelo.
En nuestro caso, utilizaremos las herramientas de dibujo de AutoCAD, por ser las mas conocidas y
suficientemente eficientes como para modelar los objetos que usualmente se utilizan en
construcción.
El primer paso es decidir que tipo de modelo se desea simular en función de la forma del objeto y del
tipo de análisis:
1. Modelo de líneas
2. Modelo plano
3. Modelo superficial
4. Modelo sólido
1. Modelo de líneas: se trata de un modelo 2D o 3D formado por líneas rectas que describen por lo
general un entramado de piezas de sección constante, como por ejemplo un pórtico de pilares y
vigas o un entramado espacial de tubos.
El modelado se realizará con líneas unidas por sus extremos (vértices), y se exportará a Straus7
mediante un fichero DXF, dado que no existen sólidos en el diseño. Para que dos líneas estén
conectadas, tienen que tener a la fuerza un vértice en común (como veremos mas adelante, esto
puede solucionarse con la herramienta Attachment o Link de Straus7).
La importación de DXF desde Straus7 requiere la determinación de una serie de opciones:
- Import Frozen Layers: si se desea que se importe el
contenido de capas “congeladas”
- Import Layers as Groups: el contenido de cada capa formará
un grupo diferente en Straus7. Se aconseja utilizar esta
opción para no tener que separar en grupos desde Straus7
cada entidad.
- Import Colours as properties: a cada color se le asignará una
propiedad de Straus7 diferente. Se aconseja utilizar esta
opción, de tal forma que se asigne en AutoCAD un color
diferente para cada elemento (línea) que vaya a tener una
sección (perfil) diferente, aunque esto puede hacerse después
desde Straus7.
- Import 2D/3D Polyline as Plate: esta opción nos permite modelar superficies cerradas mediante
polilíneas, que luego serán importadas como elementos tipo plate.
- Import 3D Polygon as Brick: importa polígonos 3D como elementos tipo brick.
Una vez importada la geometría, Straus7 convierte cada línea a un elemento tipo Beam. A
continuación, es VITAL ejecutar el comando Tools Æ Clean Æ Mesh, con el que conseguimos fundir
en uno solo, todos los nodos coincidentes o muy cercanos, y así indicar al programa que dos
elementos están conectados entre sí. La opción Tools Æ Clean Æ Mesh tiene varios parámetros:
Opciones en el cuadro Mesh Cleaning
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Geometría e Importación de archivos
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Pestaña Actions
Zip nodes: fusiona o no los nodos extremos coincidentes
Remove duplicate elements: si hay mas de un nodo coincidente, borra todos menos uno.
Fix element connectivity: arregla elementos tipo plate o brick con nodos muy cercanos o
alineados.
Delete free nodes: si existen nodos libres (no asociados a elementos), los borra
Pestaña Selection
Beams, Plates, Bricks, Links: indica a que tipo de elemntos afecta la acción
Whole model (o) Selected only: la acción se efectúa sobre todo el modelo o solo sobre los
elementos seleccionados.
Pestaña Zip
Tolerance: indica la tolerancia máxima de coincidencia de nodos.
Pestaña Options
Node Attribute: determina que atributo asigna al nodo después de borrar los coincidentes.
Node coordinates: indica que posición adopta el nodo que permanece, después de borrar los
nodos coincidentes.
Una vez que el modelo de elementos sea correcto, podremos introducir las coacciones en los nodos
(cimentación, empotramiento de nudos, etc) y las acciones que actúan sobre el modelo, con lo que
estaría preparado para calcular y obtener resultados.
En el ejemplo siguiente, se ha creado una geometría desde AutoCAD, separando pilares, vigas y
arriostramiento mediante colores, de tal forma que en Straus7 se ha asignado un tipo de perfil
diferente a cada color. Posteriormente se ha ejecutado un “Clean” y se han aplicado coacciones en la
base de los pilares, así como rotación libre en los extremos de las barras de arriostramiento. Luego,
se han introducido las cargas verticales sobre vigas y se ha procedido al cálculo:
Ejemplo de simulación de pórtico de acero con modelo de líneas 3D (85 beams + 45 nodos)
2. Modelo plano: se trata de un modelo de superficie en un solo plano. Es por tanto un modelo 2D
que representa un objeto plano de pequeño espesor (una chapa cortada, una losa, etc), o bien la
sección de un objeto de sección constante y longitud muy grande (un túnel, un muro de contención,
etc).
Partimos del diseño en AutoCAD con líneas que definan cada superficie, generando contornos
CERRADOS. Luego, convertiremos dichos contornos en regiones (Dibujo Æ Región).
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Geometría e Importación de archivos
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Esta geometría se exportará mediante fichero ACIS (*.sat), que no pasará líneas sueltas (solo
regiones, superficies y sólidos).
Una vez importada la geometría, se procede a “limpiarla” con Tools Æ
Clean Æ Geometry. Esta acción elimina los vértices coincidentes (menos
uno), haciendo que las regiones se conecten. Se trata de una herramienta
similar a la de Mesh Cleaning, salvo que se aplica a la geometría
importada. Las diferentes opciones de esta herramienta son:
Edge Merging Angle: determina el ángulo entre dos líneas, a partir
del cual las convierte en una sola.
Minimum Feature Length: es la longitud de una recta, por debajo de
la cual elimina dicha recta (por ser demasiado corta).
Act on…Whole Model/Selected Only: el comando se aplicará sobre
toda la geometría o únicamente sobre las entidades seleccionadas.
Duplicate Faces: en caso de encontrar caras duplicadas (coincidentes), el programa hará lo
siguiente:
− Leave all faces: no borra ninguna (por defecto)
− Leave one face: borra todas menos una
− Delete all faces: borra todas las caras coincidentes
Es importante realizar esta acción, dado que si no, las diferentes partes del modelo no estarán
conectadas. En ciertas ocasiones, no se realiza un Geometry Cleaning, y sin embargo, se aplica un
Mesh Cleaning después de mallar la geometría.
Posteriormente, hay que mallar las regiones con Surface Mesh, y asignar propiedades y coacciones
a los elementos.
Ejemplo de losa de hormigón modelada con regiones 2D: geometría Æ mallado con plates Æ cálculo
En el ejemplo anterior, se han generado “regiones” por paños de la losa, teniendo atención en que la
posición de pilares quede reflejada en vértices del contorno de dichas regiones.
Dado que el formato ACIS no soporta líneas, si hubiésemos querido modelar también los pilares
mediante líneas 2D, hubiésemos tenido que exportarlas aparte vía DXF, y luego importarlas en el
proyecto.
3. Modelo superficial: se trata de un modelo formado por superficies planas o curvas en el espacio
3D. Suele representar modelos formados por elementos de pequeño espesor en relación a las
demás dimensiones. La diferencia con el modelo anterior, es que este define superficies tanto planas
como curvas, tales como bóvedas, depósitos, redes, chapas por estampación, etc.
Una vez definida las superficies en AutoCAD, se exportan en formato ACIS, cuya lectura es
inmediata desde Straus7. El mallado automático produce un conjunto de elementos tipo plate, que
representan el modelo diseñado.
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Geometría e Importación de archivos
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Ejemplo de modelado y análisis de una bóveda apoyada en sus generatrices (antiguo Frontón de Madrid)
4. Modelo sólido: es el tipo de modelo más complejo, pero el que permite una mayor complejidad de
representación. Desde AutoCAD, hay que dibujar mediante sólidos (atención a no confundir con
cuerpos de superficies) cada una de las piezas diferentes del modelo, teniendo en cuenta una serie
de reglas básicas:
− Cada pieza de material diferente, deberá ser un sólido independiente.
− Dos piezas de idéntico material pueden fundirse (unión) en un solo sólido, pero luego no
podremos analizarlas por separado.
− Para que dos piezas (sólidos) se puedan “conectar”, existen dos opciones: o bien se realiza una
“estampación” del sólido pequeño sobre el grande desde Acad (Modificar Æ editar Sólidos Æ
Estampar Aristas), o bien tendremos que unir en Straus7 las dos piezas mediante un
“Attachment”.
− Es muy eficaz situar en capas diferentes cada grupo de sólidos que luego necesite tener en
grupos diferentes (aunque podamos modificar esto también desde Straus7)
Una vez completado el modelo Acad, podemos exportarlo con formato ACIS. La importación de
sólidos ACIS desde Straus7 es sencilla, tal y como ya hemos experimentado. Cada sólido se
importará como un conjunto de caras y vértices, conformando la geometría del modelo. En realidad
esta geometría no se trata de un sólido, si no de un conjunto de superficies cerradas. Esto es así
pues Straus7 debe mallar primero estas superficies con Surface-mesh, para luego poder realizar el
mallado del sólido interior mediante elementos tipo brick.
Esto quiere decir que podemos perfectamente realizar un modelo sólido mediante superficies Acad,
siempre y cuando controlemos bien la circunstancia de que cierren un espacio.
En cualquier caso, hay que prestar especial atención a la duplicidad de caras y vértices en la
geometría importada, pues esto determinará la forma en la que se procede con el automallado (ver
capitulo “Mallado”).
Ejemplo de modelo sólido 3D realizado con diferentes partes (separadas por colores) y estampadas sus caras desde Cad
para asegurar la perfecta conexión en Straus7.
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III. MALLADO DEL MODELO
Surface meshing
Solid meshing
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III. MALLADO DEL MODELO
Como se introdujo, el mallado es el proceso mediante el cual transformamos el modelo geométrico
(CAD) a modelo de elementos finitos. Básicamente supone la división o discretización del modelo en
elementos finitos, por lo que se trata de una operación clave, ya que de realizarla mal, obliga por lo
general a repetir el proceso. Normalmente, un buen mallado producirá buenas soluciones, pero un
mallado incorrecto, aunque arroje resultados, éstos no serán siempre fiables.
El mallado parte de la geometría del modelo, que como se dijo, puede ser un modelo alámbrico, un
modelo 2D (placa) o un modelo 3D (sólido), o bien una composición de varios tipos.
Cada tipo distinto de geometría se malla con un tipo diferente de elemento: una línea en el espacio
solo admite elementos tipo BEAM, mientras que una superficie se malla con elementos tipo PLATE.
Los sólidos 3D siempre se mallarán con elementos tipo BRICK.
Sin embargo, un objeto real puede simularse de diferentes formas, dependiendo del tipo de análisis
requerido, de la complejidad del modelo y del nivel de precisión que se necesite, pero sobre todo, de
su forma:
Objetos lineales de sección constante
Objetos de pequeño espesor frente al resto de dimensiones
Objetos de gran longitud y sección constante
Objetos con simetría radial
Objetos con simetría radial y de pequeño espesor
Objetos irregulares
Beam
X
Plate
p
X
X
X
p
Brick
p
p
p
p
X
p
X
(X) mallado óptimo
(p) posible mallado
Pongamos por ejemplo que realizamos la simulación de una viga empotrada-empotrada de acero
(perfil IPE-400) con una carga superficial vertical aplicada en el ala superior. Dado que existe un
plano de simetría transversal en el punto medio de la viga, solo es necesario simular una de las
mitades simétricas, ahorrando así mucho tiempo de cálculo. En este caso, podemos definir el modelo
virtual de tres formas diferentes (estaríamos en el primer caso de la tabla anterior):
1. La viga representada por una línea. Se trata de un modelo 1D (óptimo)
2. La viga representada por las superficies del alma y las alas. Es un modelo 2D.
3. La viga representada por el sólido real 3D.
Cada modelo se mallará de forma diferente:
1. Con elementos tipo Beam: la viga queda definida por un único beam con los nodos en los
extremos de la viga. Al elemento beam se le asigna la geometría de la sección transversal
generadora del perfil. En la mayor parte de los casos, este mallado es muy preciso (es el utilizado por
los programas de cálculo de estructuras, pues permite realizar el cálculo del elemento por método
analítico y no por elementos finitos).
2. Con elementos tipo Plate, de tal forma que las alas y alma de la viga se discretizan con plates de 4
u 8 nodos. A dichos elementos se les asigna el espesor del alma y el de las alas como parámetro.
3. Con elementos tipo Brick. Es el sistema mas complejo y costoso, únicamente necesario cuando
se necesita realizar un análisis local de tensiones y deformaciones en las soldaduras de unión o
cuando se introducen refuerzos de palastro o se realizan perforaciones en el alma.
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Mallado del Modelo
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Mallado con…
1. Brick
2. Plate
3. Beam
Nº elementos
4970
96
1
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Nº nodos
9238
117
2
Los resultados ante la solicitación aplicada son casi idénticos a efectos de considerar el
comportamiento global de la viga, por lo que el mallado con beam es el más ventajoso, dado que
contiene 1 solo elemento finito.
Sin embargo, a efectos de considerar el comportamiento local, los mallados con plate y con brick
muestran resultados que no se obtienen en el elemento beam, como es la flexión transversal del ala
superior. El mallado con Bricks ofrece un mayor detalle del comportamiento local, pero hemos
necesitado 9238 nodos frente a los 117 utilizados con el mallado con plates. La necesidad de tantos
elementos tipo brick obedece a que dichos elementos (en este caso son hexaedros de 8 nodos, de
mayor precisión que tetraedros) no pueden tener relaciones de lados muy dispares, cosa que
ocurriría si hiciésemos los elementos mas grandes, pues en el sentido del espesor del perfil la
dimensión siempre está limitada a dicho espesor.
En consecuencia, si se pretende realizar una análisis local, y se trata de piezas cuasi planas (una de
las dimensiones es muy inferior al resto), será mas conveniente mallar con plates 2D. Si no
necesitamos realizar un estudio local de la pieza, bastará con mallar con elementos beam, siempre y
cuando se trate de piezas fabricadas por extrusión (una sección constante a lo largo de una línea
recta o curva).
Para el mallado con elementos beam, el proceso es muy sencillo, ya que las líneas que componen la
geometría de la que partimos (modelo alámbrico de la estructura) son directamente transformables
en elementos tipo beam.
Para el mallado con elementos plate o brick, existen básicamente dos procedimientos que dependen
de la geometría a mallar:
a) Siempre que la geometría (superficie o sólido) sea consecuencia de una extrusión o una rotación,
el método mejor es el de mallar la generatriz, y extruir los elementos a lo largo de la directriz, pues se
obtienen elementos plate cuadrangulares o brick hexaedros, de mayor precisión. Este método es
muy aplicable al mundo de la construcción, dado que la mayoría de los elementos constructivos se
fabrican por extrusión o se obtienen por cortes paralelos de piezas mayores:
Superficies malladas con elementos plate por extrusión: partimos de una línea generatriz que
mallaremos con elementos tipo beam. Posteriormente realizaremos una extrusión de los
elementos beam obtenidos, generando elementos tipo plate cuadrangulares que
representarán la superficie del modelo.
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Mallado del Modelo
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Superficies malladas con elementos plate por rotación: de idéntica forma al anterior, mallamos
la generatriz con elementos beam. Sobre ellos aplicamos una rotación que generará
elementos tipo plate (por ejemplo, un depósito cilíndrico).
Sólidos mallados por extrusión: partimos de la superficie generatriz, que mallaremos con
elementos tipo plate (de forma automática, por extrusión o rotación, según sea la forma de
dicha superficie). Sobre estos plates, aplicaremos una extrusión, generando así los elementos
tipo brick que definen el sólido del modelo.
Sólidos mallados con elementos brick por rotación: de idéntica forma al anterior, mallamos la
superficie generatriz con elementos plate. Sobre ellos aplicamos una rotación que generará
elementos tipo brick (por ejemplo, una columna maciza).
b) Cuando la geometría sea irregular, y no sea posible descomponerla en otras geometrías que
respondan al criterio de extrusión o rotación, el único sistema viable es el mallado automático
(Automeshing). Dado su gran automatismo y complejidad, los resultados no son siempre los mas
adecuados y habrá que realizar pequeñas correcciones en aquellos elementos desproporcionados.
El automeshing sobre superficies (Surface meshing) es un proceso único. Sin embargo, en el
automeshing sobre sólidos (Solid Meshing) hay que realizar dos pasos: en primer lugar se realiza el
mallado automático de todas las superficies que delimitan el sólido con elementos tipo plate y a
continuación se realiza el mallado automático del sólido, partiendo de los elementos plate obtenidos
antes. Para ello, los plates deben conformar una superficie cerrada.
En el proceso de Automeshing, existen una serie de parámetros que debemos establecer:
Surface Meshing
Pestaña Sizes: sirve para definir el tamaño de los elementos de mallado. Existen dos modos, auto y
custom:
Auto: el tamaño máximo de los elementos se determina mediante la longitud máxima
(Maximum edge length) o por un % sobre el tamaño de la geometría.
Custom: además del tamaño máximo, podemos determinar el ratio lado-menor/lado-mayor
(Length ratio), el incremento máximo de tamaño de un elemento sobre otro contiguo en %
(Maximum increase), el nº de lados por círculo (Min edges per circle), todo ello en geometrías
con lados mayores que un valor dado (…on edges longer than).
Cuando existen dos geometrías conectadas, en el modo Auto, el programa realiza un mallado
de transición para densificar más dichas zonas de contacto. Esta opción puede desactivarse
con Skip Transitioning:
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Mallado del Modelo
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Ejemplo de mallado automático con Skip Transitioning activado y desactivado
En el ejemplo anterior, se han mallado dos figuras que no tienen vértices en común con
Surface meshing (Auto) y en diferentes situaciones:
A: Skip Transitioning=SI
B: Skip Transitioning=NO (por defecto)
C: Skip Transitioning=NO y previamente se ha realizado un Tools Æ Clean Æ
Geometry, que ha fundido las dos figuras en una sola, pero manteniendo el lado que
las separa.
Con Preview, el programa muestra sobre la geometría la división propuesta.
Pestaña Target: indica el tipo de elemento plate utilizado para mallar, y para asignar una propiedad a
los elementos creados.
Pestaña Faces: permite determinar que caras de la geometría se van a mallar:
Selected Graphically: aquellas que se hayan seleccionado previamente.
Use the following set: un grupo de caras definido por sus ID.
Solid meshing
Sobre una superficie cerrada y previamente mallada con elementos plates, se puede mallar como
sólido con elementos tipo brick. En el automallado, únicamente se pueden utilizar bricks tipo
tetratedro de 4 o 10 nodos (de menor precisión que los hexaedros).
Pestaña Target: indica si los tetraedros son de 4 o 10 nodos. También indica la propiedad que se va
a asignar a dichos elementos.
En consecuencia, no podemos definir el tamaño de los elementos exteriores, pues ya vendrá
determinado por el tamaño de los plates de superficie, aunque si el de los elementos interiores con
Internal elements, que permite definir la densidad de elementos en el interior del sólido (coarse,
médium y fine).
Pestaña Options:
Mesh Whole model: malla todo el modelo
Mesh Selected only: malla únicamente los
plates seleccionados previamente
Del resto de opciones, cabe destacar:
Delete plates alter meshing: una vez mallado,
borra TODOS los plates que sirvieron para el
automallado.
Groups as solids: si se activa, asigna grupos
diferentes a los bricks procedentes de plates de
diferentes grupos.
Straus7 R 2.4.1
Mallado del Modelo
14
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
IV. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS
Propiedades Beam
Propiedades Plate
Propiedades Brick
Parámetros comunes de asignación a elementos
Modelos de Materiales
15
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IV. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS DEL MODELO
Una vez definido el modelo de simulación y realizado el mallado en elementos finitos, es necesario
asignar a cada elemento las propiedades que determinarán su comportamiento ante las acciones
que impongamos al modelo.
Cada tipo de elemento diferente tiene propiedades diferentes que se asignan
desde cuadros de diálogo independientes. El proceso de asignación de
propiedades comienza con la asignación durante el mallado, o bien antes,
durante la definición de la geometría, de un nº de propiedad. Así, el modelo
mallado contendrá grupos de elementos distintos con diferentes propiedades
(Beam Property-1, Brick Property-5, etc). La definición de cada una de las
propiedades asignadas se realiza a través de la opción menú Æ Property Æ
tipo de elemento. Así, la definición de parámetros de cada propiedad, se
asignará a todos los elementos que tengan asignada dicha propiedad.
PROPIEDADES DE ELEMENTOS TIPO BEAM
Los elementos BEAM se definen por un segmento entre 2 nodos, y representan un elemento lineal
con una sección y material determinados. Normalmente se utilizan para simular elementos
estructurales lineales como vigas, cables, tubos, etc aunque permiten también simular condiciones
de contacto y unión entre elementos diferentes.
Existen en Straus diferentes tipos de elementos
Beam, cada uno con un comportamiento diferente,
por lo que en primer lugar hay que elegir (en Type)
cual es el que mejor se adapta a las diferentes
propiedades asignadas a cada una de las partes
del modelo que deseamos simular.
Una vez elegido el tipo, hay que determinar en la
parte derecha del cuadro el material y sus
parámetros, tales como las propiedades físicomecánicas, la geometría de la sección, su
comportamiento no lineal, etc.
Existe la opción de seleccionar un material de la
biblioteca de materiales, o bien especificar cada
uno de sus parámetros.
DIFERENTES TIPOS DE ELEMENTOS BEAM
SPRING-DAMPER BEAM: simula el comportamiento de un sistema de
amortiguación, combinando un muelle (spring) con un amortiguador (damper).
El efecto del damper únicamente se tiene en cuenta al utilizar un transient
dynamic solver. Podemos conseguir que el spring-damper funcione solo como
un muelle sencillo, haciendo cero los parámetros relativos al Damping, o que
funcione como un amortiguador sin muelle, haciendo cero los parámetros
correspondientes al spring.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
CABLE BEAM: se basa en el comportamiento de una catenaria, por lo que su longitud real puede
ser mayor que la distancia entre sus extremos (nodos del beam), colgando por efecto de la gravedad.
Si se define una longitud del cable inicial menor que la distancia entre extremos, entonces la
situación inicial es un cable recto pretensado. En el Cable Beam no es necesario hacer una
subdivisión del elemento para obtener mayor precisión, aunque sí es necesario para permitir aplicar
fuerzas intermedias.
Si los desplazamientos relativos entre los extremos del cable previstos en la simulación son
pequeños, puede utilizarse el Linear Solver para el análisis. En caso contrario, habrá que utilizar el
Nonlinear Solver, activando la opción Nonlinear Geometry.
En cualquier caso, el elemento Cable Beam no ofrece resistencia a la compresión, torsión, flexión o
rigidez lateral. Únicamente aparecerán esfuerzos de tensión de tracción.
TRUSS BEAM: simula un perfil articulado en sus extremos, por lo que no puede transmitir momentos
flectores a sus extremos. Sin embargo, se trata de un elemento con rigidez torsional, por lo que es
capaz de transmitir momentos torsores a sus extremos. El Truss beam no tiene parámetros
específicos.
CUTOFF BAR BEAM: simula un elemento de unión, que puede “romperse” si se alcanzan los
valores máximos definidos para compresión y/o tensión. Suele utilizarse en sus tres variantes:
Tension Only: si el elemento se acorta no ofrece resistencia alguna a compresión. Si se
alarga, aparecen esfuerzos de tensión, hasta alcanzar el máximo definido en Max Tension.
Compresión Only: si el elemento se alarga no ofrece resistencia alguna a tracción. Si se
alarga, aparecen esfuerzos de compresión, hasta alcanzar el máximo definido en Max
Compression.
Tension-Compression: el elemento resiste tensión y compresión, pero solo hasta los límites
impuestos.
Es necesario utilizar el Nonlinear Solver, activando la opción Nonlinear Material.
POINT CONTACT BEAM: este elemento se utiliza para simular la unión (Gap) entre dos superficies
o dos ejes, uniendo los nodos de ambos. Existen 4 tipos diferentes de unión:
Zero Gap: solo ofrece resistencia a compresión, y únicamente cuando los extremos (nodos)
del elemento contactan (es decir, se “cierra” el gap). Cuando el gap está abierto, es como si
no existiese elemento alguno de unión.
Puede suceder que una vez cerrado el gap, la deformación continúe, produciéndose una
penetración de un elemento sobre otro. En este caso, el zero gap deformaría en tracción, por
lo que anularía la resistencia a compresión. Esto suele suceder cuando el gap inicial es nulo
(los elementos contactan), por lo que se recomienda establecer un gap inicial >0.
Normal Contact: es idéntico al Zero Gap salvo que ofrece resistencia a compresión aunque el
gap esté abierto.
Tension Contact: es idéntico al Normal, pero también ofrece resistencia a la tracción hasta el
valor límite establecido en Maximum Tension (Structural).
Takeup Gap: su funcionamiento es similar al de un trinquete, pues ofrece resistencia en un
sentido, de forma independiente al movimiento que se haya producido en el sentido opuesto.
Las diferencias entre los cuatro tipos se resumen en el siguiente cuadro:
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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Zero Gap
Normal
Contact
Tension
Contact
Takeup Gap
Compression
Stiffness
SI
Tensile
Stiffness
NO
SI
SI
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Friction
¿Cuándo se activa?
SI
Cuando el gap está cerrado.
NO
SI
Cuando el beam está en compresión
SI
NO
Cuando el beam está en compresión o la tensión
de tracción es menor que el valor máximo
NO
Depende del tipo definido en Active (Structural)
Una de las dos, dependiendo
de cuál esté activada en Action
Es necesario utilizar el Nonlinear Solver, aunque no es necesario activar las opciones de Material
Nonliner o Geomtrey Nonlinear. Si se utiliza el Linear Solver, este elemento se comporta como un
Truss Beam.
BEAM: es el elemento tipo barra convencional. Cada uno de sus extremos tiene 3 grados de libertad
en desplazamiento y 3 en rotación. Soporta esfuerzos axiles, torsores, de cortante y flectores.
Existen dos tipos de beam:
• Beam2: solo tiene los 2 nodos que conforman sus extremos.
• Beam3: tiene un nodo intermedio adicional (Reference Node), que sirve para establecer la
dirección del eje principal del Beam.
USER-DEFINED BEAM: Se trata de un modo de definir un elemento beam a través de su matriz de
rigidez, sin necesidad de detallar su geometría y resto de parámetros. La matriz de rigidez se
subdivide en tres matrices:
Matriz A: rigidez translación
Matriz B: correspondencia entre translación y rotación
Matriz C: grados de rotación
Su utilidad reside en que en algunas ocasiones, cuando se trata de vigas muy complejas (sobre todo
con muchas perforaciones), el fabricante suministra la matriz de rigidez correspondiente la cual
puede introducirse en éste tipo.
PIPE BEAM: Se trata e un elemento tipo beam especial, de sección circular (radio exterior y espesor
del tubo), que puede ser recto o también curvo (sector de toroide). Además de soportar esfuerzos
axiles, de cortante y flectores, puede aplicarse presión interna y/o externa, y también temperatura
interna y/o externa.
En análisis no-lineal, el Pipe se comporta como un beam.
CONNECTION BEAM: no se trata de un elemento beam convencional, sino de un elemento virtual
de conexión, que permite especificar los valores de rigidez en cualquiera de los 6 grados diferentes
de libertad.
PARÁMETROS DE LOS ELEMENTOS BEAM:
Los diferentes tipos de elementos Beam comparten la mayoría de los parámetros comunes de
elementos (ver apartado “Parámetros comunes de Elementos”), pero cada tipo tiene a su vez una
serie de parámetros específicos, y no todos ellos requieren de la introducción de todos los
parámetros comunes:
Parametros comunes
STRUCTURAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Shear modulus
Density
Viscous Damping
Damping Ratio
Thermal expansion
Straus7 R 2.4.1
SpringDamper
X
X
Cable
Truss
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Cutoff
Bar
Propiedades de los Elementos
18
X
X
X
X
X
Beam
Pipe
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Connectio
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NONLINEAR
Temperature/Time
Material
Hardening
Stress vs Strain
Creep data
SpringDamper
Cable
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Truss
X
X
X
Cutoff
Bar
X
X
X
X
X
Beam
Pipe
X
X
X
X
X
Connectio
X
X
X
HEAT
Specific Heat
Conductivity
TABLES
Modulus vs Temp
Stiffnes vs Temp
Yield vs Temp
Therma Expan vs Tem
Conductivity vs Temp
Specific Heat vs Temp
Modulus vs Time
Stiffnes vs Time
Conductivity vs Time
SECTION
Section Area
I11
I22
J
Shear L1
Shear L2
Shear A1
Shear A2
Integration Points
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Parámetros de sección para elementos BEAM:
SECTION: permite definir la sección por sus valores estáticos, sin necesidad de definir la geometría.
En cualquier caso, muestra los valores estáticos de la sección elegida desde GEOMETRY.
Section Area: area de la sección [longitud2]
I11 y I22: momento de inercia de la sección en los dos ejes ppales. (Ix Iy) [longitud4]
J: constante de torsión [longitud4]. Si J=0, se anula la rigidez a torsión del elemento.
Shear L1 y L2: desplazamiento del centro de cortante (Shear centre)
respecto del centroide de la sección en los dos ejes ppales. de la
sección [long]. Es relevante cuando se pretende introducir una torsión
debida al esfuerzo cortante aplicado en el centroide:
Shear A1 y A2: área de cortante [longitud2] en cada dirección ppal. Se utiliza en casos de
simular deformación por cortante en vigas de mucho canto o en vigas de alma muy estrecha.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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Integration Points: nº de puntos de integración a lo largo del elemento. Este parámetro se
utiliza en análisis no-lineal, cuando la rigidez de flexión se obtiene por integración en cada
punto a través de los valores de tensión-deformación.
GEOMETRY: abre un cuadro de diálogo que permite definir la sección mediante la elección del tipo y
sus dimensiones (Edit), o bien mediante la selección de un perfil determinado de la biblioteca
(Library). Este parámetro sólo está disponible para los elementos Beam tipo Cable, Truss, Cutoff Bar
y Beam:
PARÁMETROS ESPECÍFICOS DE CADA TIPO DE ELEMENTO BEAM:
SPRING-DAMPER BEAM
STRUCTURAL:
Stiffness: rigidez
Viscous Damping: coeficiente
de amortiguamiento viscoso
Axial
Lateral
Torsional
Axial
Lateral
Torsional
Fuerza/Desplazamiento
Fuerza/Desplaz. Lateral
Momento torsor/Rotación
[Fuerzaxsec/long]
[Momentoxsec/Rotación]
Spring Mass: masa del muelle, que produce carga inercial en un análisis dinámico (oscilación
del muelle).
NONLINEAR: dado que en un Spring no se define la geometría de su sección, no es viable
determinar parámetros no lineales como la relación Stress/Strain, por lo que se definen las curvas de
comportamiento del muelle mediante las siguientes tablas:
Axial Force vs Displacement (Spring): relación entre el alargamiento-acortamiento del muelle
y la fuerza aplicada.
Torque vs Angle of Twist (Spring): relación entre el giro del muelle (relativo entre los dos
anclajes) y el esfuerzo de torsión aplicado.
Axial Force vs Velocity (Damper): describe el comportamiento no lineal del amortiguador,
relacionando la resistencia axil en función de la velocidad de desplazamiento entre los dos
extremos.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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CABLE BEAM
Segments: nº de segmentos en que se subdivide el cable, a efectos de representación de la
catenaria. También sirve para discretizar el elemento en el cálculo.
CUTOFF BAR BEAM
NONLINEAR: Existen dos modos de rotura del elemento:
Brittle: al alcanzar el valor límite de tensión/compresión, se produce la rotura total por lo que el
elemento desaparece y no vuelve a tomarse en cuenta.
Ductile: al alcanzar el valor límite, se produce un estado plástico del elemento, que mantiene
la tensión permitiendo una deformación libre.
Los valores máximos de tracción/compresión se definen en Max Tension y en Max Compression.
POINT CONTACT BEAM
STRUCTURAL:
Initial Stiffness: es el valor estimado de rigidez inicial, necesario puesto que al inicio pueden
no darse las condiciones que activan la compresión o la tracción. Este valor inicial se ajusta
durante el cálculo dependiendo del estado del gap, si se activa Dynamic Stiffness (solo en
Nonlinear Solver), de tal forma que si el valor inicial es muy pequeño, puede producirse
penetración entre los elementos unidos por el gap, y lo aumenta en consecuencia. Si el valor
inicial es muy alto, reduce automáticamente el Stiffness para obtener el contacto.
* (En Tension Contact se define el parámetro Stiffness como constante durante todo el
cálculo, pues la rigidez no depende de si el gap está cerrado o no).
Use in First Iteration (solo para Normal Contact): en el caso de que los elementos NO estén
en contacto, hay que desactivar esta opción.
Dynamic Stiffness (no en Tension Contact): si está activo, aumenta/reduce el valor de Inicial
Stiffnes para obtener el ratio de penetración óptimo para la solución.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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(Solo para Zero Gap y Normal Contact):
Update direction: solo es relevante si se activa el Geometric Nonlinear análisis. Si se activa, la
posición y dirección del elemento de contacto se actualiza con la deformación del modelo. En
casos de contacto de superficies planas con deslizamiento, esta opción debe estar
desactivada. Si el movimiento entre los elementos es muy grande, es posible que se tenga
que activar la opción para obtener buenos resultados.
Friction C1-2: coeficientes de rozamiento en las direcciones principales 1 y 2. La resistencia a
la fricción en cada dirección queda determinada por el producto de la fuerza axil de
compresión y el coeficiente correspondiente. El valor es de 0 a <1. Si se establece =1, el
sistema restablece el valor a =0.
El comportamiento de la superficie de contacto y el modelo de fricción (solo en Zero Gap y
Normal Contact) quedan definidos por los siguientes parámetros:
Retangular
Yield Surface
Elliptical
Friction Model
Elastic
Plastic
El rozamiento en cada dirección es independiente, pudiéndo
ser el valor máximo en las dos a la vez.
El rozamiento en una dirección depende del valor alcanzado
en la otra dirección.
En caso de que el movimiento de fricción se invierta, la
tensión de rozamiento puede tener un comportamiento
elástico o plástico.
BEAM
NONLINEAR:
Moment vs Curvatura Tables: Permite designar una tabla (por cada plano principal de la
sección) que determina la relación no-lineal entre el momento flector aplicado y la curvatura
producida. En el caso de activar esta opción, se cambia la utilización de la tabla Stress vs
Strain por la de Axial Stress vs Strain. Estas tablas se definen en Menu Æ Tables.
PIPE BEAM
SECTION:
External Diámeter (diámetro externo); Wall Thickness (espesor de la pared del tubo):
geometría de la sección.
Flexibility Factor: la rigidez a flexión del tubo se escala multiplicando los valores de I de la
sección por dicho factor. Sirve para simular diferentes materiales y/o métodos de montaje.
Fluid Density: densidad del fluido interno (en caso de que el tubo contenga fluido).
Shear Area: solo es apreciable si se trata de tubos cortos, cuando la deformación por cortante
es significativa. En otros casos, puede establecerse como =0.
Area: (solo indica el área resultante)
CONNECTION BEAM
STRUCTURAL:
Translation Stiffness (1-2-3): Rigidez translacional en cada una de las 3 direcciones
principales del beam.
Rotation Stiffness (1-2-3): Rigidez rotacional en cada una de las 3 direcciones principales del
beam.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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NONLINEAR:
Translation Stiffness (1-2-3): tabla valores Stiffness vs Displacement en comportamiento nolneal.
Rotation Stiffness (1-2-3): tabla valores Rotation vs Displacement en comportamiento nolneal.
PROPIEDADES DE ELEMENTOS TIPO PLATE:
Los elementos PLATE permiten simular superficies de pequeño espesor respecto de su área, tales
como depósitos, placas de forjado, etc. Se trata de un elemento genérico que permitirá modelar
estructuras planas 2D, sólidos axisimétricos, y estructuras superficiales tridimensionales.
Existen varias modalidades dependiendo de la forma (triangular o cuadrada) y del número de nodos
que intervienen. Con un mayor número de nodos se obtiene una mayor discretización del problema y
en consecuencia, mayor precisión de cálculo. Sin embargo, un alto número de nodos puede
ralentizar excesivamente dicho cálculo:
Existen en Straus diferentes tipos de elementos
Plate, cada uno con un comportamiento
diferente, por lo que en primer lugar hay que
elegir (en Type) cual es el que mejor se adapta
al modelo que pretendemos simular.
A continuación, en Material, debemos elegir el
modelo de comportamiento de material mas
adecuado (isótropo, goma, fluido, etc).
Finalmente, hay que determinar en la parte
derecha del cuadro el material y sus parámetros,
tales como las propiedades físico-mecánicas, la
geometría de la sección, su comportamiento no
lineal, etc.
Existe la opción de seleccionar un material de la
biblioteca de materiales (Materials…), o bien
especificar cada uno de sus parámetros.
1. DIFERENTES TIPOS DE ELEMENTOS PLATE:
2D PLANE STRESS: se utiliza para modelar estructuras bidimensionales planas, por lo que
únicamente se tienen en cuenta las cargas, desplazamientos y esfuerzos en el plano del elemento.
Este tipo de plate opera con tensión y deformación de membrana, y también con deformación (que
no desplazamiento) en la dirección perpendicular (para ello se solicita el espesor del elemento).
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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Se pueden obtener resultados de tensión y deformación en el plano del elemento, y de deformación
en la dirección perpendicular.
2D PLANE STRAIN: este tipo asume que no existe deformación en el plano perpendicular al
elemento, por lo que permite simular secciones de modelos de longitud cuasi-infinita. El ejemplo más
evidente es la sección de un túnel o de un muro de contención, situaciones estas en las que puede
admitirse que no existe deformación en dicha dirección, aunque si tensiones (en éste elemento no se
solicita el dato de espesor). Solo admite acciones en el plano del elemento.
Se pueden obtener resultados de tensión y deformación en el plano del elemento, y de tensiones en
la dirección perpendicular.
AXISYMMETRIC: los elementos axisimétricos permiten similar un modelo generado por extrusión
circular, con total simetría sobre un eje tanto de la geometría del sólido como de las acciones
aplicadas (por ejemplo, un depósito circular con agua). Este tipo de elemento permite realizar la
simulación únicamente con una sección radial, lo que reduce drásticamente los tiempos de cálculo.
La sección axisimétrica deberá definirse en el plano XY (en la parte positiva del
eje X), asumiendo que el eje de rotación es el eje Y, y que el sólido barre los 360º:
Las acciones únicamente se aplican en el plano de la sección, y se pueden
obtener resultados de tensión y deformación en el plano de la sección, y tensiones
en la dirección del giro.
Para la aplicación de una presión “q” que actúa en una longitud “L” (en la dirección axisimétrica) a
una distancia “R” del eje de rotación, se debe especificar como carga nodal: P=q×R×L
PLATE/SHELL: se trata del elemento mas utilizado para simular estructuras 3D superficiales (como
por ejemplo una losa de forjado, o una bóveda), pues admite tensión y deformación en las 3
direcciones. Los elementos Plate/Shell se clasifican en Thin (fino) o Thick (grueso), según la relación
entre espesor y la dimensión general de la estructura en su plano: Un shell es Thin si su espesor es
< 1/10 de la dimensión nominal de la estructura. En caso de espesores grandes, se recomienda
utilizar elementos tipo brick.
La diferencia reside en la obtención de la deformación total del elemento fuera de su plano: en los
elementos Thin Shell, únicamente es debida a la flexión (bending), pero en los Thick Shell, también
se toma en cuenta el esfuerzo de cortante.
Para la simulación de superficies curvas, se recomienda utilizar elementos plate cuadráticos (Tri6,
Quad8, Quad9). Admite cualquier tipo de acción, y se obtienen resultados de tensiones y
deformaciones en las 3 direcciones.
SHEAR PANEL: se trata de un elemento muy específico, que únicamente admite esfuerzos de
cortante y tracción en su plano. Se utiliza para simular recubrimientos de estructuras de tipo
compuesto, a modo de piel (por ejemplo, la chapa de recubrimiento de un panel), por lo que no
pueden existir por si solos, sino asociados a otros elementos.
3D MEMBRANE: se trata de un elemento que tiene únicamente rigidez en su plano. Por lo tanto, no
transmite esfuerzos de flexión ni cortante. Sirve para modelar membranas del tipo de las utilizadas en
carpas, estructuras infladas, redes colgadas, etc.
Dado que se trata de modelos con grandes desplazamientos, es necesario elegir el solver no-lineal.
LOAD PATCH: es un elemento de transferencia de carga a elementos tipo beam. Supongamos un
bastidor de tubos de acero que soportan una vela de tela. Para simular el comportamiento del
bastidor ante la acción del viento, podemos modelizar la vela con elementos tipo 3D Membrane, o
bien simplemente con elementos tipo Load Patch, que transfieren la presión a los contornos del
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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elemento (bastidor). En el caso de elementos 3D Membrane, se necesita discretizar la vela en
muchos elementos para lograr precisión. Con elementos tipo Load Patch únicamente se necesita 1
elemento por cuadrante.
2. PARÁMETROS DE ELEMENTOS PLATE:
Los diferentes tipos de elementos Plate comparten casi la totalidad de los parámetros comunes,
pero cada tipo tiene a su vez una serie de parámetros específicos. El significado de los parámetros
comunes está explicado en el apartado “Parámetros comunes de elementos”.
A continuación se detallan los parámetros comunes que utiliza cada tipo de elemento Plate:
Parametros comunes
ESTRUCTURAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Shear Modulus
Density
Viscous Damping
Damping Ratio
Thermal expansion
NONLINEAR
Temperature/Time
Material
Yield Criterion
Stress vs Strain Tab
Creep data
HEAT
Specific Heat
Conductivity
TABLES
Modulus vs Temp
Yield vs Temp
Therma Expan vs Tem
Conductivity vs Temp
Specific Heat vs Temp
Modulus vs Time
Conductivity vs Time
GEOMETRY
Membrane Thickness
Bending Thickness
ELEMENT
Reduced Integration
Straus7 R 2.4.1
2D Plane
Stress
2D Plane
Strain
Axissymetric
Plate /Shell
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Shear
Panel
X
X
X
X
X
X
3D
Membrane
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Propiedades de los Elementos
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PARÁMETRO ESPECIFICOS:
NONLINEAR:
Layers (solo en Plate/Shell):
3. DIFERENTES MODELOS DE MATERIALES QUE SE PUEDEN ASIGNARSE A ELEMENTOS
PLATE.
Los elementos tipo Plate permiten asignar diferentes modelos de comportamiento del material, con el
objeto de poder simular diferentes situaciones. No todos los modelos de materiales están disponibles
para todos los tipos de elementos Plate. La tabla siguiente expresa dicha disponibilidad:
Tipos Plate ↓
2D Plane Stress
2D Plane Strain
Axisymmetric
Plate/Shell
Shear Panel
3D Membrane
Isotropic
X
X
X
X
(x)
X
Orthotropic
X
X
X
X
Modelos de materiales:
Anisotropic
Laminate
X
X
X
X
X
X
Rubber
X
X
X
X
X
X
Soil
Fluid
X
X
X
X
El significado y parámetros específicos de los diferentes modelos de materiales, se explican en el
apartado “Modelos de Materiales”.
PROPIEDADES DE ELEMENTOS TIPO BRICK:
Los elementos Brick son elementos tridimensionales, bien tetraedros, pirámides, prismas o
hexaedros, con nodos únicamente en sus vértices o también en los puntos medios de las aristas:
Una vez mallado el modelo 3D, se asignan las propiedades a los elementos brick, mediante la
asignación de los parámetros correspondientes al modelo de material elegido:
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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1. Diferentes modelos de material en elementos tipo Brick:
Un elemento tipo Brick puede definirse mediante diferentes modelos de materiales, de la misma
forma que operan los elementos Plate.
Los diferentes modelos de material Brick comparten casi la totalidad de los parámetros comunes
explicados en el apartado “Parámetros comunes de Elementos, pero cada tipo tiene a su vez una
serie de parámetros específicos. El significado de los diferentes modelos de materiales se explica en
el apartado “Modelos de Materiales”.
A continuación se detalla que parámetros comunes son requeridos en función del modelo de material
escogido:
ESTRUCTURAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Shear Modulus
Density
Viscous Damping
Damping Ratio
Thermal expansion
NONLINEAR
Temperature/Time
Material
Yield Criterion
Stress vs Strain Tab
Creep data
HEAT
Specific Heat
Conductivity
TABLES
Modulus vs Temp
Yield vs Temp
Therma Expan vs Tem
Conductivity vs Temp
Specific Heat vs Temp
Modulus vs Time
Conductivity vs Time
ELEMENT
Gauss Points
Add Bubble Function
Isotropic
Orthotropic
X
X
X
X
X
X
3x
3x
3x
X
X
X
3x
Anisotropic
Rubber
Soil
Fluid
X
X
X
N-x
X
X
X
X
X
X
3x
X
3x
X
X
X
X
x
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
(3x implica la necesidad de 3 parámetros, 1 por cada dirección ppal)
PARÁMETROS COMUNES DE ASIGNACIÓN A ELEMENTOS
En el menú desplegable Element Property se determinan las características de los elementos
utilizados en el modelo de simulación. Para cada elemento diferente hay que definir el material a
emplear y caracterizarlo mediante una serie de parámetros.
Dichos parámetros varían según se trate de elementos tipo Beam, Plate o Brick, pero en todos los
casos, existen parámetros generales que a continuación se explican y que son comunes a casi todos
los tipos. Los parámetros se agrupan en diferentes pestañas:
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
27
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Structural
Nonlinear
Heat
Tables
Geometry (+ Section)
Element
Muchos de estos parámetros son asignados de forma automática si se selecciona un material
específico de la librería de materiales, y/o un perfil de sección de la librería de perfiles.
1D: elementos BEAM
2D: elementos PLATE
3D: elementos BRICK
1. STRUCTURAL: se trata de parámetros que definen las características estructurales del material
empleado:
1D
X
2D
X
3D
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Parámetro
Modulus: módulo de Young “E” [fuerza/área]
Poisson’s Ratio: coeficiente de Poisson (0 ≤ ν ≤ 0.5)
Shear Modulus (solo en Shear Panel): módulo de cortante “G” [fuerza/área]
Density: densidad “ρ” [masa/volumen]. Solo es relevante para asignar el peso propio
del modelo y para simular comportamientos inerciales.
Viscous Damping: coeficiente de amortiguamiento, que mide la disipación de energía
en un medio que vibra. La resistencia al movimiento es proporcional a la velocidad y a
dicho coeficiente. [(Fuerza x Tiempo / Longitud) / Volumen]
Damping Ratio: coeficiente de amortiguamiento
Thermal expansion: coeficiente de dilatación térmica “α” [adim].
2. NONLINEAR: permite definir el comportamiento no-lineal del material.
1D
X
2D
X
3D
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Parámetro
Temperature/Time: variación de la temperatura a lo largo del tiempo
Material: especifica dos posibles tipos de curva de comportamiento no-lineal del
material:
Elastic: comportamiento elástico del material. Considera los tramos positivos y
negativos de la curva tensión-deformación.
Elastic-Plastic: cuando la tensión sobrepasa un cierto límite, al desaparecer la acción
se recupera la deformación elástica, pero permanece la deformación plástica. Solo
considera la parte positiva (tracciones) de la curva tensión-deformación.
Yield Criterion: modelo matem. que determina el comportamiento no-lineal del
material, y en concreto, el límite elástico para cualquier combinación de tensiones.
Existen diferentes criterios:
Tresca / Von Mises / Mohr Coulomb / Drucker Prager
Stress vs Strain: nombre de la tabla que define la curva tensión-deformación utilizada
para este material (definida previamente en Menu Æ Tables); admite curvas diferentes
en compresión (-) y tracción (+). Cuando se especifica una tabla, Straus7 ignora el
valor del Módulo de Young introducido en STRUCTURAL.
Creep data: designa una tabla con los datos de fluencia del material. Solo se usa al
activar en el solver la creep option.
Layers (solo en Plate/Shell para materuiales laminados y para H. armado):
3. HEAT:
1D
X
X
2D
X
X
3D
X
X
Straus7 R 2.4.1
Parámetro
Specific Heat: calor específico del material “c”
Conductivity: conductividad térmica del material “k”
Propiedades de los Elementos
28
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Estos 2 parámetros solo son necesarios en simulaciones con transmisión de calor.
4. TABLES: en este apartado se pueden designar las tablas que determinan la variación de los
diferentes parámetros físicos del material (rigidez, expansión térmica, conductividad térmica, etc) en
función de la temperatura o el tiempo.
Estas tablas son opcionales, y solo necesarias en caso de introducir este tipo de comportamiento en
el análisis. Para utilizar una tabla, hay que haberla definido previamente desde Menu Æ Tables.
1D
X
X
X
2D
X
3D
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Parámetro
Modulus vs Temperature: variación del módulo de Young con la temperatura
Stiffnes vs Temperature: variación de la rigidez con la temperatura
Yield vs Temperature: variación del límite elástico en función de la temperatura
Thermal Expansion vs Temperature: variación de expansión térmica con la
temperatura
Conductivity vs Temperature: variación de la conductividad térmica con la
temperatura
Specific Heat vs Temperature: variación del calor específico con la temperatura
Modulus vs Time: variación del módulo de Young con el tiempo
Stiffnes vs Time: variación de la rigidez con el tiempo
Conductivity vs Time: variación de la conductividad térmica con el tiempo
5. GEOMETRY: (Solo utilizado en elementos PLATE) Dado que los Plates son elementos planos, la
geometría queda definida en el propio modelo, por lo cual en este apartado únicamente se especifica
el espesor de la membrana:
1D
2D
3D
Parámetro
Membrane Thickness: es el espesor de membrana del elemento. Sirve también para
calcular el volumen y la masa total del elemento.
Bending Thickness (solo en Plate/Shell): es el espesor que se utilizará para
determinar las propiedades de flexión de la placa. Por defecto es igual al valor de
Membrane Thickness
X
X
7. ELEMENT:
1D
2D
3D
X
X
X
Parámetro
Reduced Integration (Quad8, Quad9): si se active, reduce el numero de puntos de
integración en elementos cuadráticos (Quad8 y Quad9) de 3x3 a 2x2, con el objeto de
mejorar la convergencia del cálculo en análisis no-lineal.
Gauss Points:
Add Bubble Function:
MODELOS DE MATERIALES
Solo aplicable a elementos 2D (Plate) y 3D (Brick).
ISOTROPIC: materiales isótropos u homogéneos. Los valores son idénticos en las tres direcciones
principales, pues dichos materiales tienen el mismo comportamiento en todas las direcciones.
ORTHOTROPIC: materiales ortótropos o heterogéneos. Se trata de materiales que tienen
comportamiento diferente en las tres direcciones perpendiculares (el ejemplo mas claro es el de la
madera), siendo por tanto un caso especial de material anisótropo. Este modelo no está disponible
para Shear Panel.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
29
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
En los materiales ortótropos, los parámetros que se especifican por separado para cada una de las
direcciones principales del elemento son:
STRUCTURAL:
Modulus
Poisson’s Ratio
Termal Expansion
Shear Modulus (solo en Plate/Shell)
(En materiales ortótropos, el parámetro Shear Modulus está también disponible para todos los
elementos).
Brick:
Moduli (E1, E2, E3)
Poisson’s Ratio (ν12, ν23, ν 31)
Shear Moduli (G12, G23, G31)
Thermal Expansion (α1, α2, α3)
NONLINEAR: únicamente se puede definir el valor de Temperature/Time: elastic o plastic
HEAT:
Conductivity (2 parámetros)(plate: (brick: K1, K2, K3)
El resto de parámetros es idéntico a la definición hecha para materiales isótropos.
ELEMENT: solo en Brick
Gauss Points (Hex20) (ξ, η, ζ)
Add Bubble Function (Hex8)
ANISOTROPIC: materiales anisótropos o heterogéneos. Son materiales cuyo comportamiento es
diferente en todas las direcciones.
Solo disponible para 2D Plane Stress, 2Dd Plane Strain y Plate Shell.
STRUCTURAL:
Thermal Expansion (Plate 4 parámetros: α1 α2 α12 α3) (Brick: 6 parámetros: α1 α2 α3 α12
α23 α31)
LAMINATE:
Solo disponible para Plate 2D Plane Stress y Plate Shell.
STRUCTURAL
Laminate:
Viscous Damping:
Damping Ratio:
Density:
Termal Expansion (6 parámetros):
Modulus (2 parámetros)
Shear Modulus:
Poisson’s Ratio (2 parámetros):
Matrices:
NONLINEAR: solo Temperature/Time (elastic – plastic)
HEAT: solo Specific Heat y Conductivity (2 parámetros)
TABLES: parámetros idénticos a material ISOTROPIC
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
30
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RUBBER:
Solo disponible para 2D Plane Stress, 2D Plain Strain, Axisymmetric, Plate Shell y 3D Membrane.
STRUCTURAL
Rubber Model
Neo-Hookean
Mooney-Rivlin
Ogden (plate) Mooney-Rivlin (G) (brick)
Los parámetros Density, Viscous Damping, Damping Ratio y Thermal Expansion son idénticos a los
definidos para materiales isótropos.
ELEMENT: solo en Brick
Gauss Points (Hex20) (ξ, η, ζ)
Add Bubble Function (Hex8)
El resto de parámetros es idéntico a la definición hecha para materiales isótropos.
SOIL: plate + brick
Solo para 2D Plane Strain y Axisymmetric. En primer lugar hay que elegir uno de los 5 diferentes
modelos de suelo existentes:
Duncan-Chang soil: muy utilizado para similar suelos en análisis no-lineal.
MODULUS
Modulus Parameters (K, Kur, n)
Poisson’s Ratio
Reference Pressure
Minimum Modulus
Bulk Modulus Parameters (kb, m)
MATERIAL
Drained Cohesion
Friction Angle ()
Failure Ratio
Soil (Bulk) Mass Density
IN-SITU
Horizontal Stress Ratio
Void ratio
FLUID
Condition (drained-undrained)
Fluid Level (default o set value)
HEAT (ver materials isótropos)
Modified Cam-Clay soil: es el más utilizado para análisis plástico del suelo. Incluye sensibilidad a la
presión, dilatancia inducida por cortante y respuesta de endurecimiento/ablandamiento, con
resultados muy próximos a los obtenidos en los test mas usuales de laboratorio. Este modelo
requiere pocos parámetros, muchos de los cuales suelen obtenerse de los ensayos de laboratorio.
MATERIAL
Critical State Line
Normal Consolidation Line
Swelling Line
Poisson Ratio
Shear Modulus
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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Soil (Bulk) Mass Density
IN-SITU
Horizontal Stress Ratio
Void ratio
Preconsolidation vs Overconsolidation value
FLUID
Condition (drained-undrained)
Fluid Level (default o set value)
HEAT (ver materials isótropos)
Mohr-Coulomb soil: es un modelo generalizado del modelo Coulomb de rotura por rozamiento,
añadiendo efectos adicionales como contenido de agua, índice de huecos y tensión in situ. Existe
una alta disponibilidad de los parámetros necesarios para este modelo.
MATERIAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Soil (Bulk) Mass Density
Drained Cohesion
Friction Angle
IN-SITU
Horizontal Stress Ratio
Void ratio
FLUID
Condition (drained-undrained)
Fluid Level (default o set value)
HEAT (ver materials isótropos)
Drucker-Prager soil: se trata de una aproximación al modelo Mohr-Coulomb.
MATERIAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Soil (Bulk) Mass Density
Drained Cohesion
Friction Angle
IN-SITU
Horizontal Stress Ratio
Void ratio
FLUID
Condition (drained-undrained)
Fluid Level (default o set value)
HEAT (ver materials isótropos)
Linear Elastic soil: es un modelo elástico isótropo que nunca alcanza la rotura. También considera los
efectos del contenido de agua, índice de huecos y tensión in situ. Este modelo requiere el menor
número de parámetros
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
MATERIAL
Modulus
Poisson’s Ratio
Soil (Bulk) Mass Density
IN-SITU
Horizontal Stress Ratio
Void ratio
FLUID
Condition (drained-undrained)
Fluid Level (default o set value)
HEAT (ver materials isótropos)
FLUID: plate + brick
Solo para 2D Plain Strain, y Axisymmetric.
STRUCTURAL:
Bulk Modulus:
Penalty Parameter:
Density:
Viscous Damping:
Damping Ratio:
Thermal Expansion:
ELEMENT: solo en Brick
Gauss Points (Hex20) (ξ, η, ζ)
El resto de parámetros es idéntico a la definición hecha para materiales isótropos.
Straus7 R 2.4.1
Propiedades de los Elementos
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V. ASIGNACIÓN DE ATRIBUTOS
Node attributes
Beam Attributes
Plate attributes
Brick attributes
Link attributes
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
V. ASIGNACIÓN DE ATRIBUTOS
Una vez obtenido el modelo de elementos finitos mediante el mallado de la geometría importada
desde Cad, debemos indicar al programa las características de dichos elementos, denominadas aquí
como atributos.
Los atributos (Attributes) identifican al elemento y el material que lo compone, pero también
determinan aspectos externos que afectan a cada elemento, como son:
− El nº de identificación (ID), el grupo de pertenencia
− La propiedad (material) Property type
− Las coacciones al movimiento que se imponen a los nodos del elemento, con el objeto de
inmovilizarlo en una dirección determinada (tanto en desplazamiento como rotación).
− Las acciones aplicadas a un elemento, tales como fuerzas, momentos, aceleraciones, cargas
térmicas.
− Las condiciones de contacto con los elementos contiguos (attachment)
En principio, podemos asignar atributos tanto a los elementos del modelo mallado (node, beam,
plate, brick o link) como a las diferentes entidades de la geometría (vertex, edge o face). De hacer
esto último, en el proceso de mallado, los elementos resultantes heredan los atributos asignados a la
geometría. En cualquier caso, la asignación de atributos puede realizarse en cualquier momento del
proceso, pero siempre antes del cálculo.
Cada tipo de elemento tiene diferentes atributos:
NODE ATTRIBUTES
ID: Indica un número unívoco de identificación del elemento, independiente del nº de elemento (que
se asigna de forma automática)
Restraint: en cada nodo (o vértice de la geometría) podemos imponer una
coacción total de desplazamiento (Translation) y/o rotación (Rotation) en cada
uno de los 3 ejes, pero también podemos dejar libre su movimiento (por
defecto) o bien asignar un movimiento determinado (valor).
Los nodos que deseamos queden totalmente fijados al “mundo real”, tendrán
una coacción total en los 3 ejes (Fix). En casos concretos como nodos
pertenecientes a una sección simétrica, la coacción será parcial (XY sym, YZ
sym o ZX sym). En muchos casos, durante el proceso de cálculo el programa
reporta un error de inestabilidad, que normalmente es debido a que el modelo
no está suficientemente “anclado” o coaccionado, y ante las acciones, se
mueve libremente sin llegar a equilibrarse.
Force-Moment: aplica una fuerza y momento especificados a través de sus componentes en los 3
ejes coordenados X,Y,Z (Global o UCS).
Temperature: determina la temperatura de un elemento. En análisis estructural afecta a la expansión
térmica del elemento. Pueden definirse diferentes modalidades:
Reference: adopta el valor de temperatura general definido en “Load Case Global Data”.
Fixed: en análisis térmico, indica que dicha temperatura no puede variar. En análisisi
estructural, la expansión térmica se produce por el incremento entre el valor asignado y la
temperatura general de referencia.
Initial: solo válido en análisis térmico transitorio, como temperatura inicial de partida.
Table: idem anterior. Los valores de transición se obtienen de una tabla de temperatura en
función del tiempo.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
35
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Stiffness: determina la rigidez translacional (Translational) o rotacional (Rotational) de un nodo en los
3 ejes coordenados (Global o UCS).
Mass: permite asignar un valor de masa a un nodo, como representación virtual de un cuerpo de
masa equivalente, cuyo CDG coincide con el nodo.
Translational Damping: (solo aplicable en Transient Dinamic Solver)
Heat Source: (solo aplicable a Heat Transfer Analisys). Permite definir un nodo como fuente de calor
(o disipador de calor si el valor es negativo).
Initial Velocity: (solo aplicable en Linear & nonLinear Transient Dynamic Solvers). Asigna una
velocidad inicial al nodo (por ejemplo, para colisión de objetos).
Acceleration: aplica una aceleración a un nodo, que se comportará como una fuerza aplicada a la
masa del nodo.
Response Variable: (solo aplicable en Load Influence Solver).
BEAM ATTRIBUTES
Property Type: asigna una propiedad determinada al elemento. La propiedad puede estar definida o
crear una nueva.
Switch at Stage…: Dado que un elemento puede cambiar de propiedad a lo largo de
diferentes etapas definidas (stages), podemos determinar qué propiedad asume el elemento
en cada etapa. Imaginemos una zapata excavada de hormigón. El objeto puede ser el mismo,
pero a lo largo de la ejecución, tendrá diferentes propiedades: “tierra”, “agua” (vaciado y
llenado por lluvia), y finalmente “hormigón”.
Group: Indica a qué grupo pertenece el elemento.
ID: Indica un número unívoco de identificación del elemento, independiente del nº de elemento (que
se asigna de forma automática)
Reference Node: Los elementos beam tienen una orientación
definida por su sistema de ejes principal (principal axis system),
de tal forma que (por defecto) el eje-3 se alinea entre los nodos
extremos del elemento (1 al 2) y los ejes-1 y 2 definen el plano
perpendicular. La forma de reorientar dichos ejes es con la
utilización de un Reference Node, que puede ser cualquier nodo
libre del modelo, y que servirá para orientar hacia él el eje 1. El
comando nos pide seleccionar el elemento beam a orientar, y
especificar el nº de nodo que será el nodo de referencia. Existen dos opciones:
Assign: el nodo se incorpora al elemento, pasando de ser un Beam-2 a un Beam-3 de 3
nodos.
Align: únicamente se reorientan los ejes.
Principal Axis Angle: permite girar el sistema de ejes principal de un Beam
alrededor del eje-3. Normalmente sirve para orientar perfiles en su posición
correcta.
Connection UCS: las 6 componentes de rigidez asignadas en las propiedades de elementos tipo
Connection Beam (ver propiedades de elementos), se orientan por defecto según los 3 ejes
principales del elemento. Con esta opción, podemos reorientar dichas rigideces a un sistema de ejes
UCS predeterminado.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
36
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Taper: Aunque en principio se introdujo que los elementos tipo Beam se caracterizan por tener una
sección constante, mediante esta opción podemos introducir una deformación de escala proporcional
en los dos extremos N1 y N2, como un factor sobre el tamaño original de la sección. Dicha
deformación puede aplicarse sobre el eje X o sobre el eje Y local del Beam. El extremo escalado, se
alineará al eje (sym), a la parte superior (top) o a la inferior (bot).
La diferencia entre aplicar el comando con “apply” o con “scale”, es que la primera opción estable el
tamaño como producto del tamaño nominal del perfil por el factor, y la segunda (scale) lo establece
como el producto del tamaño que tenga en ese memento por el factor.
Es muy importante observar que en el escalado del perfil, NO se modifican los espesores, solo las
dimensiones totales de sección. Esto es relevante si queremos utilizar esta opción para representar
perfiles de sección variable fabricados a partir de perfiles estándar.
Offset: por defecto, un elemento beam posiciona el perfil de sección asignado en propiedades
haciendo coincidir el centroide de la sección con la línea del elemento. Sin embargo, puede ser
necesario desplazar la sección de su posición original, para alinearla con otro beam de sección
diferente, como por ejemplo dos vigas contiguas de sección diferente:
Los valores de desplazamiento (offset) se introducen para cada uno de los dos ejes (sist. local o
principal) transversales al beam.
Support: en Straus7 se puede definir un apoyo elástico a lo largo de todo el elemento Beam, con un
valor determinado de rigidez (unidades: [fuerza/longitudxdesplazamiento]). Normalmente se usa para
simular apoyos elásticos de vigas de cimentación, o para apoyos elásticos de caucho en maquinaria).
La opción “Compression Only”, permite libre movimiento del beam cuando se separa del apoyo (solo
transmite compresiones). La opción Compression Only, solo funciona con Análisis no lineal.
Los valores de soporte 1 y 2 corresponden a las dos direcciones principales del elemento.
Stiffness/Mass Factor: permite alterar los valores de rigidez y masa para un elemento concreto (no
modifica los valores definidos en propiedades) mediante factores de escala aplicados a los valores:
Shear 1 y 2: rigideces transversales (de cortante)
Axial: rigidez longitudinal.
Bending 1 y 2: rigideces de flexión.
Torsion: rigidez a la torsión.
Mass: masa del elemento
End Release: Por defecto, dos elementos tipo beam unidos por un nodo están completamente
soldados el uno al otro, estableciendo un nudo rígido. Sin embargo, podemos determinar el grado de
libertad en la unión de cada extremo de un beam, tanto en cuanto a desplazamientos (Translation
End Release) como a rotaciones (Rotacional End Release), en los tres ejes principales 1-2-3 del
elemento.
Existen tres opciones:
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
37
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Fix: el extremo queda completamente soldado –empotrado- (opción por defecto)
Release: el extremo queda totalmente libre (apoyo libre)
Partial: el extremo que parcialmente empotrado, según un valor de rigidez que se debe
introducir (se comporta como un muelle que se opone al movimiento del extremo).
Este comando nos permite establecer, por ejemplo, las condiciones de unión de vigas y pilares en un
pórtico entramado.
Cable Free Length: cuando se utilizan elementos tipo Beam-Cable (cables), la formulación para
catenarias de Straus7 permite introducir la longitud “libre” del cable. Si dicha longitud es mayor que la
distancia entre los nodos extremos del beam, el cable colgará formando la catenaria. Si es menor,
entonces se introducirá una pretensión en el elemento (solo en análisis no-lineal).
Pipe: Si utilizamos elementos tipo Beam-Pipe (tuberías), Straus7 nos permite modificar algunos
parámetros en cada elemento de la malla:
Radius: un elemento se puede curvar según los ejes principales 1 o 2 según una valor de
radio R (el elemento sigue siendo una recta entre dos nodos).
Pressure: se puede introducir una presión interna y/o externa. Si se activa Include Axial Force,
se considera una tubería cerrada, y aplica presión también en los extremos.
Temperature: se puede aplicar una temperatura a la cara interna y/o externa de la tubería.
Solo es aplicable en análisis estructural (no se tiene en cuenta en análisis térmico).
Outer same as Nodes: si se aplica, la temperatura externa se iguala a la aplicada en
los nodos extremos.
String Group: esta opción SOLO trabaja con elementos tipo Beam-Truss (ver “Propiedades de
Elementos Beam”). Permite agrupar una serie de elementos truss conectados, de tal forma que se
comportan como un único elemento parecido a un sistema de cables y poleas sin fricción. La tensión
en todos los puntos del grupo siempre será igual (si tienen igual sección).
Pre Load: permite aplicar una pretensión en el elemento, como dos fuerzas idénticas y de sentido
opuesto, aplicadas en los nodos extremos de elemento. Si se elige la opción “Strain”, el programa
aplica la pretensión equivalente que produce dicha deformación. El efecto del signo del valor
introducido tiene diferentes efectos según se trate de un elemento libre (free) o coaccionado (fixed):
Valor ↓
Positivo:
Negativo:
Elemento libre
acortamiento
expansión
Elemento coaccionado
Tensión de tracción
Tensión de compresión
Temperature Gradient: esta opción permite introducir un gradiente (lineal) de temperatura a lo largo
del espesor del elemento beam, sobre las direcciones principales 1 y/o 2. Suele ser importante para
evaluar las tensiones provocadas en una estructura debidas al sol o al efecto de soldaduras.
Point Load: aplica una fuerza o momento en un punto del elemento beam definido por su distancia al
nodo 1 (la distancia se indica como un factor de la longitud total). El valor de la fuerza/momento se
determina por sus 3 componentes en los ejes Globales o cualquier sistema UCS definido.
Distributed Load: aplica una carga lineal o momento a lo largo del elemento beam, determinada por
su componente en uno de los ejes principales (1, 2,3) o globales (X,Y,Z). Se puede acotar la zona de
aplicación mediante los parámetros “a” y “b”, así como aplicar cargas con diferente distribución (ver
figura):
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
38
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Non-Structural Mass: permite aplicar una masa no estructural a un elemento tipo beam. La diferencia
entre masa no-estructural y masa estructural, es que la primera solo actúa para el estado de carga al
que ha sido asignada, mientras que la masa estructural actúa durante todas las etapas de carga.
Existen diferentes distribuciones de carga que se pueden aplicar:
Heat Transfer: determina como se comporta el elemento beam ante la transferencia de calor desde el
ambiente hasta un extreme (a través de la sección transversal del beam), o desde un extremo hasta
el ambiente circundante (solo para análisis de transferencia térmica). Los parámetros que se pueden
definir son los siguientes: Convection Coefficient, Convection Ambient, Radiation Coefficient,
Radiation Ambient, Flux y Source.
(No se profundizará dado que la transferencia de calor no es objeto del este curso)
Response Variable: (solo aplicable en Load Influence Solver).
Age at First Loading (Creep): (solo aplicable a análisis de fluencia en hormigón). Indica la edad a la
que se produce la entrada en carga. Si no se especifica este valor, el programa lo toma de los datos
de fluencia asignados al material en propiedades del elemento.
Attachment: Esta opción permite conectar elementos tipo beam a otros elementos con los que no
tenga nodos en común. Permite definir la posición en la cual el elemento se conectará con otros
(attachment point), y el tipo de conexión que se aplicará cuando se ejecute el comando “Attach Parts”
para crear los elementos de contacto (Attachment Links). El comando Attach Parts, actuará sobre
todos los elementos con este atributo, y los conectara a otros elementos que entren dentro del radio
de acción definido por el valor del Max Gap. Existen 3 tipos diferentes de posibles conectores:
Rigid: la conexión es completa y totalmente rígida. Si el gap=0, entonces se crea un
attachment link.
Flexible: funciona igual que el “rigid”, pero el attachment link se sustituye por un elemento tipo
beam del cual puedo especificar sus características en propiedades.
Direct: se crea un attachment link
La conexión creada podrá transmitir solo movimiento translacional (Pinned) o momentos (Moment)
entre beam con el atributo y el attachment point.
El valor de Max Gap indica la distancia máxima a la que el comando Attach Parts buscará otros
elementos para crear los links de conexión.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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PLATE ATTRIBUTES
Property Type: asigna una propiedad determinada al elemento. La propiedad puede estar definida o
crear una nueva.
Switch at Stage…: Dado que un elemento puede cambiar de propiedad a lo largo de
diferentes etapas definidas (stages), podemos determinar qué propiedad asume el elemento
en cada etapa. Imaginemos una zapata excavada de hormigón. El objeto puede ser el mismo,
pero a lo largo de la ejecución, tendrá diferentes propiedades: “tierra”, “agua” (vaciado y
llenado por lluvia), y finalmente “hormigón”.
Group: Indica a qué grupo pertenece el elemento.
ID: Indica un número unívoco de identificación del elemento, independiente del nº de elemento (que
se asigna de forma automática)
Local Axis Angle: permite girar el sistema de ejes local de un Plate alrededor
del eje-3. Los elemento plate tienen un sistema local de ejes sobre el cual se
aplican atributos tales como pretensión.
Thickness: el espesor de un elemento plate se determina en las propiedades del elemento. No
obstante, podemos asignar un espesor determinado a un plate concreto sin cambiar por ello los
parámetros en propiedades.
Offset: por defecto, un elemento plate posiciona la placa de espesor asignado en propiedades
haciéndolo coincidir con el plano medio del espesor. Sin embargo, puede ser necesario desplazar la
sección de su posición original, para alinearla con otro plate de espesor diferente, como por ejemplo
dos losas contiguas de espesor diferente. El offset siempre se aplica en la dirección perpendicular al
plano del elemento.
Support: en Straus7 se puede definir un apoyo elástico a lo
largo de los lados de un elemento plate (EDGE Support) o bien
sobre una de las caras (FACE Support) con un valor
determinado
de
rigidez
(unidades:
[fuerza/longitudxdesplazamiento]).
La opción “Compression Only”, permite libre movimiento del
plate cuando se separa del apoyo (solo transmite
compresiones), pero solo funciona con Análisis no lineal.
Edge Release: Por defecto, dos elementos tipo plate unidos por nodos contiguos están
completamente soldados el uno al otro, estableciendo una unión rígida. Sin embargo, con edge
release podemos liberar la unión de cada lado (edge) de un plate de la transmisión de momentos y
permitir el libre giro respecto del plate contiguo.
Sin embargo existe un matiz, pues dependiendo del tipo de elemento
plate, el giro será totalmente libre (plate cuadrangular) o parcialmente
libre (plate triangular), transmitiéndose un pequeño porcentaje de
momentos:
Pre Load (Pre Stress): permite aplicar una pretensión o una deformación en el elemento. La
pretensión puede aplicarse en el plano del elemento, sobre los ejes locales X,Y. Sobre el eje Z
(perpendicular al elemento), únicamente es aplicable a Plane Strain y a Axisymmetric Elements (ver
Propiedades de elementos Plate)
El efecto del signo del valor introducido tiene diferentes efectos según se trate de un elemento libre
(free) o coaccionado (fixed):
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
40
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Valor ↓
Positivo:
Negativo:
Elemento libre
acortamiento
expansión
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Elemento coaccionado
No hay efecto
No hay efecto
Temperature Gradient: esta opción permite introducir un gradiente (lineal) de temperatura a lo largo
del espesor del elemento plate sobre su eje local Z. Suele ser importante para evaluar las tensiones
provocadas en una estructura debidas al sol o a la diferencia de temperatura entre los ambientes a
los dos lados de la superficie (por ejemplo, una chapa de cerramiento calentada por el sol, se curvará
hacia fuera por efecto de la dilatación mayor de la cara externa).
Point Load: aplica una fuerza o momento en un punto concreto del elemento plate definido por sus
coordenadas (Position) en los ejes UCS o en los ejes locales (la distancia se indica como un factor
de la longitud total, tomada desde el centroide del elemento). El valor de la fuerza/momento se
determina por sus 3 componentes en los ejes UCS o en los ejes locales.
Edge Load: permite aplicar cargas lineales a los lados de un elemento plate:
Pressure: actúa perpendicular al lado del elemento y en el plano de éste (valores positivos
hacia fuera y negativos hacia dentro).
Shear Stress: aplica una tensión a lo largo del lado del elemento y con su misma dirección.
Normal Shear Stress: aplica una tensión a lo largo del lado del elemento, y con dirección
perpendicular al plate. Un valor positivo indica una tensión orientada con el eje local Z.
En todos los casos, la fuerza resultante dependerá del espesor del plate.
Face Load: permite aplicar cargas superficiales en las caras de un elemento plate:
- Normal Pressure: aplica una presión perpendicular a la cara. Valores positivos (en normal),
indican presión en dirección del eje local Z, aplicada en la cara positiva del plate.
- Global Pressure: aplica una presión en una dirección de los ejes globales o UCS. Si se
aplica “Projected Area”, la presión se proyecta sobre la superficie del plate, en un plano
perpendicular a dicha presión (este es el caso de la carga de nieve sobre una superficie
inclinada, en donde la presión es de sentido vertical –eje Z global- pero su magnitud es
función del coseno del ángulo que forma la superficie con la horizontal).
- Shear Stress: aplica una tensión en el plano medio del elemento plate, actuando en toda su
superficie (por ejemplo, la carga de rozamiento de un terreno sobre un muro de contención).
Non-Structural Mass: permite aplicar una masa no estructural a un elemento tipo plate. La diferencia
entre masa no-estructural y masa estructural, es que la primera solo actúa para el estado de carga al
que ha sido asignada, mientras que la masa estructural actúa durante todas las etapas de carga.
Dyn Factor: (por defecto=1) modifica la influencia de la masa en análisis dinámico.
Offset: permite desplazar el CDG de la resultante a una posición sobre el centroide del
elemento.
Edge Heat Transfer: determina como se comporta el elemento plate ante la transferencia de calor
desde el ambiente hasta un lado (a través de la sección transversal del plate), o desde un lado hasta
el ambiente circundante (solo para análisis de transferencia térmica). Los parámetros que se pueden
definir son los siguientes: Convection Coefficient, Convection Ambient, Radiation Coefficient,
Radiation Ambient y Flux.
(No se profundizará dado que la transferencia de calor no es objeto del este curso)
Face Heat Transfer: idem anterior, pero a través del elemento plate en dirección perpendicular a su
plano.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Soil: In-situ Stress: aplica una tensión inicial en elementos plate tipo terreno (soil), tanto en vertical
(Sv) como en horizontal (Ko). Si no se introduce éste valor, Straus7 aplica por defecto la tensión
originada por la altura del elemento respecto del nivel de agua, y del peso de los elementos sobre él.
In-situ Ratios: (solo aplicable a arcillas –Clay-) permite aplicar
estos valores a un plate concreto, sustituyendo a los valores
definidos en propiedades de plates:
OCR: grado de consolidación
Eo: índice de huecos inicial
Response Variable: (solo aplicable en Load Influence Solver).
Load Patch Type: (solo para elementos plate con la propiedad Load Patch). Permite indicar el modo
de transferencia de carga a cada uno de los lados del elemento (ver Plate Properties- Load Patch).
Existen 6 diferentes patrones de carga, en los que la línea discontinua indica el lado al que se
transfiere:
Age at First Loading (Creep): (solo aplicable a análisis de fluencia en hormigón). Indica la edad a la
que se produce la entrada en carga. Si no se especifica este valor, el programa lo toma de los datos
de fluencia asignados al material en propiedades del elemento.
Attachment: Esta opción permite conectar elementos tipo plate a otros elementos con los que no
tenga nodos en común. Permite definir la posición en la cual el elemento se conectará con otros
(attachment point), y el tipo de conexión que se aplicará cuando se ejecute el comando “Attach Parts”
para crear los elementos de contacto (Attachment Links). El comando Attach Parts, actuará sobre
todos los elementos con este atributo, y los conectara a otros elementos que entren dentro del radio
de acción definido por el valor del Max Gap. La conexión puede realizarse a través de los lados del
elemento (Plate Edge Attachment) o a través de sus caras (Plate Face Attachment):
Existen 3 tipos diferentes de posibles conectores:
Rigid: la conexión es completa y totalmente rígida. Si el gap=0, entonces se crea un
attachment link.
Flexible: funciona igual que el “rigid”, pero el attachment link se sustituye por un elemento tipo
beam del cual puedo especificar sus características en propiedades.
Direct: se crea un attachment link
La conexión creada podrá transmitir solo movimiento translacional (Pinned) o momentos (Moment)
entre el lado del plate con el atributo y el attachment point.
El valor de Max Gap indica la distancia máxima a la que el comando Attach Parts buscará otros
elementos para crear los links de conexión.
(En Face Attachment, el valor de Direction indica en qué lado (+Z o –Z local) del plate se realizará la
búsqueda de elementos para conectar).
BRICK ATTRIBUTES
Property Type: asigna una propiedad determinada al elemento. La propiedad puede estar definida o
crear una nueva.
Switch at Stage…: Dado que un elemento puede cambiar de propiedad a lo largo de
diferentes etapas definidas (stages), podemos determinar qué propiedad asume el elemento
en cada etapa. Imaginemos una zapata excavada de hormigón. El objeto puede ser el mismo,
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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pero a lo largo de la ejecución, tendrá diferentes propiedades: “tierra”, “agua” (vaciado y
llenado por lluvia), y finalmente “hormigón”.
Group: Indica a qué grupo pertenece el elemento.
ID: Indica un número unívoco de identificación del elemento, independiente del nº de elemento (que
se asigna de forma automática)
Local Axes: aplica un sistema de ejes UCS definido como sistema de ejes local del elemento brick.
Esto es útil en elementos ortótropos o anisótropos con propiedades diferentes en cada dirección,
para obtener resultados en los ejes locales.
Face Support: en Straus7 se puede definir un apoyo elástico en las caras de un elemento brick con
un valor determinado de rigidez (unidades: [fuerza/áreaxdesplazamiento]). En cimentación de
terrenos, existe un valor (modulus of subgrade reaction) que determina la relación entre la presión
ejercida y el aplastamiento del terreno. Existen valores de referencia del Ks en la tabla siguiente (J.E.
Bowles):
Soil
Ks, kcf
30 -- 100
60 -- 500
400 – 800
200 -- 500
150 -- 300
75 – 150
150 – 300
> 300
Loose sand
Medium dense sand
Dense sand
Clayey medium dense sand
Silty medium dense sand
Clayey soil: qu £ 200 kPa (4 – ksf)
Clayey soil: 200 < qu £ 400 kPa
Clayey soil: qu > 800 kPa
Ks, kN/m3
4800 -- 16000
9600 -- 80000
64000 – 128000
32000 – 80000
24000 -- 48000
12000 – 24000
24000 – 48000
> 48000
- La opción “Compression Only”, permite libre movimiento del brick cuando se separa del
apoyo (solo transmite compresiones), pero solo funciona con Análisis no lineal.
- Free Faces: (por defecto está activo) el atributo se asignará únicamente a aquellas caras
“libres”, que no sean coincidentes con caras de otros elementos (normalmente, elementos
internos).
Pre Load (Pre Stress): permite aplicar una pretensión o una deformación en el elemento. La
pretensión y predeformación pueden aplicarse en el plano del elemento, sobre los ejes locales X,Y,Z.
El efecto del signo del valor introducido tiene diferentes efectos según se trate de un elemento libre
(free) o coaccionado (fixed):
Valor ↓
Positivo:
Negativo:
Elemento libre
acortamiento
expansión
Elemento coaccionado
No hay efecto
No hay efecto
Point Load (point force): aplica una fuerza en un punto concreto de una cara del elemento brick
definido por sus coordenadas (Position) en los ejes UCS o en los ejes locales (la distancia se indica
como un factor de la longitud total, tomada desde el centroide de la cara). El valor de la fuerza se
determina por sus 3 componentes en los ejes UCS o en los ejes locales.
Face Load: permite aplicar cargas superficiales en las caras de un elemento brick:
- Normal Pressure: aplica una presión perpendicular a la cara. Valores positivos (en normal),
indican presión en dirección del eje local Z, aplicada en la cara positiva del plate.
- Global Pressure: aplica una presión en una dirección de los ejes globales o UCS. Si se
aplica “Projected Area”, la presión se proyecta sobre la superficie de la cara del brick, en un
plano perpendicular a dicha presión (este es el caso de la carga de nieve sobre una superficie
inclinada, en donde la presión es de sentido vertical –eje Z global- pero su magnitud es
función del coseno del ángulo que forma la superficie con la horizontal).
- Shear Stress: aplica una tensión en la cara del elemento brick, actuando en toda su
superficie (por ejemplo, la carga de rozamiento de un terreno sobre un muro de contención).
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Non-Structural Mass: permite aplicar una masa no estructural a un elemento tipo brick. La diferencia
entre masa no-estructural y masa estructural, es que la primera solo actúa para el estado de carga al
que ha sido asignada, mientras que la masa estructural actúa durante todas las etapas de carga.
Dyn Factor: (por defecto=1) modifica la influencia de la masa en análisis dinámico.
Offset: permite desplazar el CDG de la resultante a una posición sobre el centroide del
elemento.
Heat Transfer: determina como se comporta el elemento brick ante la transferencia de calor. (No se
profundizará dado que la transferencia de calor no es objeto del este curso)
Soil: In-situ Stress: aplica una tensión inicial en
elementos brick tipo terreno (soil), tanto en vertical (Sv)
como en horizontal (Ko). Si no se introduce éste valor,
Straus7 aplica por defecto la tensión originada por la
altura del elemento respecto del nivel de agua, y del
peso de los elementos sobre él.
In-situ Ratios: (solo aplicable a arcillas –Clay-) permite aplicar estos valores a un brick concreto,
sustituyendo a los valores definidos en propiedades de bricks:
OCR: grado de consolidación
Eo: índice de huecos inicial
Response Variable: (solo aplicable en Load Influence Solver).
Age at First Loading (Creep): (solo aplicable a análisis de fluencia en hormigón). Indica la edad a la
que se produce la entrada en carga. Si no se especifica este valor, el programa lo toma de los datos
de fluencia asignados al material en propiedades del elemento.
Face Attachment: Esta opción permite conectar elementos tipo brick a otros elementos con los que
no tenga nodos en común. Permite definir la posición en la cual el elemento se conectará con otros
(attachment point), y el tipo de conexión que se aplicará cuando se ejecute el comando “Attach Parts”
para crear los elementos de contacto (Attachment Links). El comando Attach Parts, actuará sobre
todos los elementos con este atributo, y los conectara a otros elementos que entren dentro del radio
de acción definido por el valor del Max Gap. La conexión se realiza a través de las caras del
elemento, existiendo 3 tipos diferentes de posibles conectores:
Rigid: la conexión es completa y totalmente rígida. Si el gap=0, entonces se crea un
attachment link.
Flexible: funciona igual que el “rigid”, pero el attachment link se sustituye por un elemento tipo
beam del cual puedo especificar sus características en propiedades.
Direct: se crea un attachment link
El valor de Max Gap indica la distancia máxima a la que el comando Attach Parts buscará otros
elementos para crear los links de conexión.
LINK ATTRIBUTES
Group: Indica a qué grupo pertenece el elemento.
Type: este atributo permite cambiar un link de un tipo a otro (por ejemplo, de link-rígid a link-pinned) y
cambiar los atributos correspondientes (no todos los cambios entre tipos de links son posibles, dada
la incompatibilidad por número de nodos).
Los links son elementos especiales que no representan una parte del modelo, sino que simbolizan
las conexiones que pueden darse entre ellos.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Ya se explicó que dos elementos contiguos que comparten nodos, quedan automáticamente
soldados entre sí. Sin embargo, es posible que bien por el proceso de mallado, o bien porque este
sea nuestro fin, dichos elementos no tengan nodos coincidentes, por lo que inicialmente no pueden
transferir tensiones/desplazamientos entre ellos:
Elementos soldados entre sí por tener nodos coincidentes
Elementos sin conexión por no tener nodos coincidentes
En estos casos, pueden crearse unos lazos de conexión llamados “links”, que en función del tipo
asignado, tendrán diferentes propiedades. Los links pueden crearse de dos formas: uniendo
manualmente dos nodos con un elemento link, o de forma automática mediante el comando “Attach
Parts”, que actúa sobre aquellos elementos a los que previamente se les ha asignado un atributo de
Attachment (ver capítulo Atributos).
A continuación se verán los diferentes tipos de links en Straus7, sus características y parámetros
(nótese que todos los links unen dos nodos existentes, pero el Attachment Link, une un nodo con un
elemento a través de su cara o lado):
Master-Slave Link
Se trata de un link entre un nodo maestro (master) y un nodo esclavo
(slave), de tal forma que el nodo slave sigue los desplazamientos
(DX,DY,DZ) y rotaciones (RX,RY,RZ) del nodo maestro, pero no al
revés. Si se activa la opción Negate, los desplazamientos se transmiten
consigo opuesto.
Sector-Symmetry Link
En el caso de similar modelos con simetría radial, pero en los que existen sectores que se repiten un
ángulo determinado, es posible similar únicamente el sector como parte del total. En ese caso, se
necesita unir los nodos de los planos de corte mediante Sector-Symmetry links, indicando cual es el
eje de simetría radial (debe coincidir el centro del objeto con el origen de coordenadas X,Y,Z)
Veamos el ejemplo de una turbina:
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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Coupling Link
Representa el acoplamiento de un nodo a otros dos nodos, de tal
forma que su desplazamiento será un promedio de los
desplazamientos de los 2 nodos a los que está acoplado. Es útil
cuando deseamos acoplar un elemento a otros dos que siguen
movimientos diferentes.
En los atributos, podemos indicar que se transmitan desplazamientos (Translations), rotaciones, o
ambos. En este último caso, se tratan de forma independiente, creando dos links distintos.
Pinned Link
Se trata de un link de rigidez infinita, por lo que la distancia entre ellos permanece siempre igual, pero
permitiendo la rotación de uno con respecto al otro. No tiene parámetros.
Rigid Link
Es idéntico al Rigid Link, salvo que podemos restringir el giro entre
los dos nodos en cualquier plano (XY, YZ, ZX) o en todos ellos (XYZ).
Shrink Link
Este elemento fuerza un desplazamiento entre los dos nodos, de tal
forma que al final de la simulación, ambos tengan la misma
coordenada X (DX), coordenada Y (DY) o Z (DZ).
2-Point Link
Es un link genérico, definido por el usuario mediante varios parámetros.
Attachment Link
Es el único link que nos permite conectar dos elementos a través de un
nodo de uno de ellos y el punto mas cercano de la caras o lado del otro
(no es un link entre nodos). Su utilización es sobre todo en la unión de
mallados incompatibles.
Podemos restringir en la conexión los desplazamientos, las rotaciones o
ambos.
La principal aplicación de este tipo de link, es el contacto entre objetos,
que permite introducir condiciones complejas de unión como tensión de
rotura, rozamiento, etc, y simular de forma mas real las condiciones en las que dos cuerpos que
están en contacto (que no soldados) se mueven entre sí (solo en análisis no-lineal).
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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Multi-Point Link
Permite conectar varios nodos (P1, P2…Pn) a un nodo (slave). Existen dos métodos para determinar
el tipo de restricción entre el nodo slave y el resto de nodos:
Interpolated: trata a todos los puntos de igual forma, indicando el tipo de coacción impuesta
(desplazamiento, rotación o ambas).
User specified: permite asignar de forma independiente a cada punto Pi el desplazamiento (DX,DY…)
o rotación (RX,RY…) impedidos, y el factor de coacción (o=nada, 1=total).
Suele utilizarse para simular apoyos en rótula, uniendo varios nodos del objeto a un único nodo que
se fija en sus desplazamientos, pero queda libre en sus rotaciones. Otro ejemplo es un mecanismo
girando alrededor de un eje. También es muy útil para transferir una acción desde un nodo libre a
varios nodos de un objeto.
Straus7 R 2.4.1
Asignación de Atributos
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VI. COMANDOS de Straus7
File
Edit
View
Select
Summary
Global
Create
Attributes (ver cap. V)
Tools
Tables
Property (ver cap. IV)
Solver
Results (ver cap. VII)
Window
Barra superior de acceso directo a comandos
Acceso directo con menú de botón derecho
Barra lateral iconos de opciones
Barra inferior de estatus del modelo
48
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VI. COMANDOS DE STRAUS7
En éste capítulo se explicarán los comandos generales del programa, tal y como aparecen en los
menús de la barra superior de comandos:
1) Barra superior de iconos de acceso directo a comandos
2) Acceso directo a comandos con botón derecho del ratón
3) Barra lateral de iconos para opciones de visualización
4) Barra inferior de estatus del modelo
File
New File: crea un fichero nuevo de trabajo Straus7, y abre un cuadro de diálogo para definir el
sistema de unidades de trabajo. Se pueden definir unidades eligiendo uno de los sistemas (SI, N/mm,
etc), o bien se puede indicar el tipo de unidad para cada magnitud, en función del tamaño del
modelo, sus características y el tipo de análisis que se vaya a realizar:
Open/Close: abre un fichero existente Straus7 o cierra el trabajo actual.
Save: guarda la información actual en el ordenador en el path especificado
Save As: guarda el trabajo actual con otro nombre.
Save To: copia el trabajo actual en otra ubicación y/o con otro nombre.
Browse: abre un cuadro de búsqueda de ficheros.
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Import/Export: importa archivos externos para su utilización en Straus7, o exporta el trabajo en
Straus a otros formatos. Los formatos de importación/exportación que admite son:
TIPO
IGES
EXTENS
igs, iges
IMP
X
ACIS
sat
X
STEP
Straus7 text
Straus6 binary
Straus6 text
AutoCAD DXF
Stereo-Lithograp
MSC/Nastran
ANSYS
STAAD-Pro file
SAP2000
Win bitmap
JPEG
stp, step
txt
dir
txt, asc
dxf
stl, stb
dat, nas
dat, cdb
std
s2k
bmp
jpg
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
EXP
X
Formato vectorial antiguo, parecido al DXF
Formato de importación de sólidos y superficies 3D (AutoCAD genera
ficheros ACIS).
X
X
Formatos de texto y binarios de Straus7
X
X
X
X
X
X
Formato binario de intercambio de tipo vectorial de AutoCAD
Formato del programa NASTRAN-PATRAN
Formato del programa ANSYS
Formato del programa STAAD-Pro
Formato del programa SAAP2000
Formato de imágenes bitmap de Windows
Formato de imágenes mas común
Save Sub Model: Debe realizarse desde Post-Processing (resultados cargados del análisis). Esta
opción permite guardar una parte del modelo, de tal forma que las partes ausentes del modelo se
sustituyen por los desplazamientos y acciones que generan sobre el submodelo guardado. Su
aplicación es el estudio en detalle de una parte del modelo, ahorrando así mucho tiempo de cálculo.
Make Beam Section: En Straus7, los elementos de tipo Beam necesitan para su definición la
sección transversal. Esta puede obtenerse bien a través de una librería de secciones comerciales,
bien a través de patrones tipo, especificando dimensiones y espesores, o bien mediante esta opción,
que permite dibujar con elementos tipo plate la sección deseada, y guardarla como un fichero de
sección.
Make Library: genera una biblioteca nueva donde archivar las secciones (perfiles) que se crean
desde Straus7.
Print Preview/Setup: impresión del área de trabajo.
Preferences: definición de parámetros generales del programa, tales como carpetas de trabajo, auto
guardado del trabajo, unidades, etc.
Edit
Node: permite modificar las coordenadas del nodo seleccionado.
Element: Permite modificar la posición (gráficamente con el curso) de los nodos del elemento
seleccionado. En primer lugar se selecciona el elemento, luego se selecciona el nodo y por último se
marca su nueva posición.
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Multi-Point Link: modifica los valores de un elemento tipo Multi-Point Link (ver atributos->Links).
Cut, Copy, Paste: solo es operativo dentro de Straus7. Permite cortar, copiar y pegar información en
pantalla, pero solo en modo Pre Processing. Las entidades seleccionadas y guardadas en el
portapapeles con Cut o con Copy pueden ser pegadas con Paste en el archivo actual o en cualquier
otro abierto. Para ello, se abre un cuadro de diálogo que permite establecer diferentes parámetros:
Adjust: rotación, traslación y escala de las entidades pegadas.
Anchors: define un punto, dirección y plano de origen y destino.
Options: determina como en el proceso de pegado se transfieren las combinaciones de
acciones, las propiedades de las entidades y los Load Path, así como si se pegan los
atributos de los elementos o no:
Delete: Borra las entidades seleccionadas (igual con tecla DEL o SUPR).
Copy Graphics: captura la ventana de trabajo (formato portapapeles), para poder pegarla después
en un editor de imágenes.
Find: esta utilidad permite localizar y seleccionar una entidad por su número.
Undo/Redo: Deshacer y rehacer los últimos comandos.
Online Editor: abre una tabla dinámica que permite visualizar y editar los parámetros de casi todos
los elementos en la base de datos.
View
Redraw: redibuja el modelo según la base de datos, y lo reescala-centra para ajustarlo a la ventana
de trabajo.
Dynamic: abre un cuadro de diálogo con una serie de comandos que modifican parámetros de
visualización en pantalla de forma dinámica. Por defecto, se realiza sobre el modelo de alambre,
aunque puede hacerse con el modelo sólido (View Options Æ Dynamic Rotation), pero puede ser
muy lento si el modelo es grande.
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Rotate r XY (botón izquierdo): gira el modelo alrededor del punto de giro por defecto
(este punto se puede cambiar con la opción Origin a cualquier nodo del modelo).
Con los comandos r X – r Y, podemos rotar el modelo sobre los ejes X ó Y.
Zoom (botón derecho): modifica el zoom de la ventana.
Pan (botón izq+drcho): desplaza el modelo por la ventana (pan).
Scale (Ctrl + botón izqdo): sólo si está cargado un fichero con resultados Æ modifica el
valor de escala de la deformada del modelo.
Centre: reescala y centra el modelo en la ventana (equivalente a Redraw en el modo
normal).
Reset: recupera la vista presentada al abrir el cuadro Dynamic.
OK: finaliza y regresa al modo normal.
Para salir de éste modo, basta con pulsar la tecla ESCAPE
Refresh: Sólo redibuja el modelo, corrigiendo posibles imperfecciones de representación después de
editar el modelo (por ej. al borrar una entidad).
Clear: borra la pantalla (no su contenido.
Zoom In, Out, Last: aplica zoom a la pantalla. Last: recupera el ultimo zoom.
Draw: redibuja
Pan: desplazamiento en pantalla por dos puntos
Scale: aplica un factor al zoom de pantalla.
Angles: abre un cuadro de diálogo para definir los ángulos de visualización en pantalla. También
permite escoger vistas predeterminadas y definir vistas personalizadas.
MultiView: Straus7 ofrece la posibilidad de mantener abiertas
varias ventanas de trabajo simultáneas, que operan de forma
independiente. Cualquier modificación del modelo realizada en
una de ellas, automáticamente se representa en las demás.
Se abre un cuadro de diálogo que permite dividir la pantalla en 2
o más ventanas simultáneas. Cada ventana opera de forma
independiente, tanto a nivel de zoom, encuadre y vista, como a
nivel de gráficas de resultados (en postprocesing):
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Snap Grid Settings: abre un cuadro de diálogo donde se define el tamaño y paso de malla del GRID
en pantalla, utilizado como retícula de apoyo para crear entidades.
En la pestaña CREATE, se da la opción de que el Grid se forme de puntos (por defecto) o por
entidades (nodes, beams o plates), por lo que supone una herramienta de creación de elementos
cuando estos formen una retícula regular.
Show/Hide: activa la visualización de los elementos según estén seleccionados (selected) o no
(unselected). Con Toggle, invertimos la visualización (iconos de acceso directo en barra lateral).
Display: activa la visualización de las entidades según sea el tipo de elemento (iconos de acceso
directo en barra lateral).
Show by Type/Property: se trata de un filtro de visualización de entidades en función de la
propiedad asignada a los elementos (beams, plates, bricks y geometry) o del tipo de entidad de que
se trate (links y tipos de geometrías):
.
Ej: Plates (por propiedades)
Ej: Links (por tipo)
Viewports: esta opción permite agrupar aquellos elementos incluidos en una región (de selección), y
poderlos visualizar en cualquier momento ocultando el resto. Estas agrupaciones no tienen nada que
ver con el “grupo” de pertenencia del elemento. Un elemento puede pertenecer a varios Viewports.
La utilidad reside en la posibilidad de trabajar sobre una región determinada del modelo, ocultando el
resto.
Beam Free Ends: Visualiza con una marca los extremos de elementos Beam que no están
conectados a otros elementos (icono en barra lateral).
Plate Free Edges: Visualiza con una marca los lados de elementos Plate que no están conectados a
otros elementos (icono en barra lateral).
Plate T-Junctions: Visualiza con una marca los lados de elementos Plate que están conectados a
dos o mas lados de otros elementos Plate (icono en barra lateral).
Brick Free Edges: Visualiza con una marca los lados de elementos Brick que no están conectados a
otros elementos (icono en barra lateral).
Link Free Ends: Visualiza con una marca los extremos de elementos Link que no están conectados
a otros elementos (icono en barra lateral).
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Face Free Edges: Visualiza con una marca los lados de geometrías Face que no están conectados a
otras geometría (icono en barra lateral).
Face T-Junctions: Visualiza con una marca los lados de geometrías Face que están conectados a
dos o mas lados de otras geometrías Face (icono en barra lateral).
Entity Display: abre un cuadro de diálogo cuyo fin es el de determinar la forma en la que se
visualizan las diferentes entidades del modelo. Para cada entidad se abre un cuadro específico,
pulsando el icono correspondiente en la barra superior del cuadro de diálogo:
Entidades en Straus7 Æ
Node
Beam
Entitity Display: Node
Show Free Nodes: permite visualizar o no los nodos del modelo, o bien visualizar únicamente
aquellos que pertenecen a elementos visibles en pantalla (opción “Visible Groups”).
Symbol: asigna un símbolo determinado para la visualización de los nodos del modelo.
Entitity Display: Beam
Move to Offset: si está activado, visualiza el elemento desplazado según el offset definido.
Plate
Straus7 R 2.4.1
Brick
Comandos de Straus7
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
Entitity Display: Plate
Display Mode: permite visualizar los elementos tipo plate como elementos planos (Surface), o
bien como elementos sólidos (Solid), utilizando para ello el espesor definido en el material
asignado a ellos.
Move to Offset: si está activado, visualiza el elemento desplazado según el offset definido.
Entitity Display: Brick
Draw: dibuja en pantalla TODAS las caras del elemento (All Faces) o bien únicamente las que
no están ocultas por el modelo (Free faces).
Positive Faces Only: si está activo, representa únicamente aquellas caras cuya parte
“positiva” sea visible. Esto acelera mucho el proceso de redibujado.
En todos los cuadros de diálogo, existen parámetros comunes, que únicamente varían según de que
tipo de elemento se trate:
Draw as: permite representar la entidad en modo sólido o inalámbrico, con el color definido en
Colours por:
Property/Group/Global color: Representación en modo sólido. Las aristas se representan con
el color asignado en “Outline”.
Property/Group/Global Wireframe: Representación en modo inalámbrico. Los colores
indicados tanto en modo sólido como inalámbrico, se refieren a:
Property: el color de la propiedad asignada a la entidad creada.
Group: el color del grupo al que pertenece la entidad creada.
Global: el color genérico definido en éste mismo cuadro para cada tipo de entidad.
Outlines (solo en plates & briks): activa (on) o desactiva (off) la visualización del contorno inalámbrico
de los elementos finitos que forman la entidad. El modo “Facet” visualiza únicamente el contorno
aparente de la entidad, pero no los elementos finitos que la componen:
Thickness: es el grosor con el que se representa el contorno de los elementos finitos o el contorno
aparente de la entidad.
Numbering: permite visualizar información de los elementos finitos que componen la entidad:
No Numbres: no se visualiza ningún tipo de dato.
Node/Beam/Plate/Brick Numbers: visualiza el nº de identificación del elemento.
Property Numbers/Names: visualiza el número (Numbers) o el nombre (Names) de la
propiedad asignada a cada elemento.
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Contour Type: Esta opción permite visualizar mediante una gama de colores (Contour) diferentes
propiedades de cada elemento, establecidas en el diseño del modelo. Dado el gran número de ellas,
únicamente se explicarán las más relevantes:
Aspect (Plates/Bricks): indica el cociente entre la dimensión máxima y la mínima de cada
elemento. Esta opción es muy importante a la hora de evaluar la “calidad” de los elementos
que forman nuestro modelo, y por lo tanto, la calidad del mallado realizado. Cada elemento
finito debe guardar unas proporciones en su forma, de manera que su comportamiento
dependerá en gran medida de éste parámetro, pues un elemento con una “mala proporción”,
podrá inducir a resultados inexactos:
En el ejemplo, se visualiza el factor Aspect Max/Min, que indica para cada elemento la
dimensión máxima entre la mínima (Plates en el ejemplo). La situación óptima es un factor 1,
cuando todos los lados del elemento son iguales. Cuanto mayor sea dicho factor, mas
desequilibrado será y por la tanto de menos calidad.
En el ejemplo el ratio mayor corresponde a los elementos coloreados en magenta, con ratios
de casi 2.1, sin embargo, la mayoría de los elementos del modelo tienen ratios cercanos a 1
(coloreados en azul oscuro), lo que indica una “buena calidad” en general.
Internal Angle (Plates/Bricks): indica el ángulo que forman los bordes del elemento en cada
uno de sus nodos. El ángulo óptimo dependerá del tipo de elemento y el nº de nodos. En el
caso de plates de 4 nodos el Internal Angle óptimo es de 90º, y en plates de 3 nodos, será de
60º.
Cuando se forman elementos muy irregulares, aparecen Internal Angles muy agudos (por
debajo de 20º) o muy obtusos (mayores de 130º):
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En el ejemplo anterior, se representan los elementos con ángulos agudos (azul oscuro) y los
de ángulos obtusos (magenta), aunque ambos entran dentro de los márgenes razonables, por
lo que el mallado puede considerarse correcto.
El resto de opciones de Contour Type hacen referencia a diferentes parámetros asociados a
cada elemento durante el Preproceso, tales como Pre Stress, Pre Strain, Temperature
Gradient, Global Pressure, etc. Es importante señalar que no se trata de valores procedentes
del cálculo, sino que se trata de atributos de diseño, que forman parte del conjunto de las
condiciones iniciales que se establecen para la simulación. El significado de cada parámetro
se explica en el capítulo de asignación de atributos a elementos, pero es desde esta opción,
donde se puede visualizar con colores los atributos asociados a cada elemento.
Light Shade: cambia la intensidad del color de los elementos en función de su orientación al foco de
luz definido en “View Options Æ Drawing Æ Light Source”, o bien dibuja todo el elemento con un
único tono de color (desactivado):
Los cuadros de diálogo para el resto de elementos (link, vertex, geometry y path) son similares y
afectan únicamente a la simbología de representación, color, numeración, etc), y dada su escasa
relevancia, no se profundizará en su explicación detallada.
Attribute Display: abre un cuadro de
diálogo que permite establecer como se
representan en pantalla los atributos
asignados a cada elemento del modelo.
Los atributos varían según se trate de un
tipo de elemento u otro, pero en todos los
casos se puede definir los parámetros
siguientes:
Colours: el color del símbolo
Thickness: el espesor de las líneas
que forman el símbolo.
Show Attribute: determina si se
visualiza el atributo (ON) o no
(OFF).
Show Value: determina si se muestra el valor del atributo (cuando procede)
(También puede modificarse la escala de representación del símbolo mediante la barra de escala
situada debajo del ejemplo)
View Options: Abre un cuadro de diálogo que permite definir una serie de parámetros relativos a la
visualización en pantalla del modelo. Las pestañas del cuadro abren las diferentes opciones de las
que se dispone:
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Screen: color o imagen de fondo; color y modo de cursor (puntero ó cruz)
Axes: color, tamaño y ubicación de los ejes XYZ en la ventana. Color y tamaño de los ejes UCS.
Dynamic Rotation: durante la rotación dinámica del modelo en la pantalla, éste aparece en modo
inalámbrico (WireFrame), como una caja (Box) o como un sólido (Solid). La opción Solid representa
al modelo tal y como es, pero resulta excesivamente lenta con modelos grandes.
También permite definir el punto sobre el que rota el modelo.
Drawing:
Scale on: permite determinar si la opción “Redraw” afecta a todo el modelo (Whole Model) o bien
solo a las entidades visibles en pantalla (Visible Entibies).
Light Source: determina la posición e intensidad del foco de luz que ilumina el modelo.
Display Stretch: aplica en cada eje un factor de escala en el modelo (solo a efectos de su
visualización).
Perspectiva: determina el factor de perspectiva (distancia pto. de vista al objeto).
Zoom Ratio: determina el factor de Zoom In-Out en menú superior de comandos.
Numbers: parámetros de representación del formato numérico (solo durante el Pre Processing).
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Free Edge: controla el color y espesor de representación de los bordes libres del modelo (cuando se
activan desde el menú View o desde los iconos de la barra izquierda).
Selecting: determina el “Snap Distance” (en pixeles) en la selección de entidades y el color de las
entidades seleccionadas. Cuando se elige la opción de selección por región, este cuadro determina
el color y tolerancia del contorno 3D de selección. Para regiones esféricas o cilíndricas, “Angle”
determina cuantas líneas rectas se representan por cada 360º.
Toolsbar: activa/desactiva la barra de iconos lateral.
Select
Select All: selecciona todas las entidades pertenecientes a grupos activos en pantalla.
Select By Region: es el sistema más utilizado, pues permite seleccionar todas las entidades
encerradas (parcial o totalmente) en una región 3D determinada por dos o más puntos existentes
(nodos o vértices). La región es diferente según elija un sistema de coordenadas UCS u otro en el
cuadro:
Cartesian: región rectangular definida por dos o tres
puntos en los vértices de la región. El ajuste de la
región (flechas) afecta a cada uno de los ejes de la
misma, aumentando o disminuyendo de forma
dinámica su dimensión.
Cylindrical: región cilíndrica definida por el centro y un
punto de la circunferencia de base, y la altura del
cilindro. El ajuste de región modifica la dimensión del
radio de la base el ángulo del sector horizontal (Theta)
y la altura.
Spherical: región esférica, definida por el centro,
ángulo horizontal (Theta) y ángulo vertical (Phi). El
ajuste de región modifica de forma dinámica el radio de la esfera, y los ángulos Theta y Phi.
Select Partially Enclosed: si está activo, también se incluyen en la selección las entidades que
sólo estén parcialmente dentro de la región.
Select By Property: permite seleccionar las entidades que tienen una propiedad, una serie de ellas,
o una horquilla determinada de propiedades.
Select By Group: permite seleccionar aquellas entidades de un grupo o grupos determinados.
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Select By ID: selección de entidades por su ID (de haberlo asignado).
Select Free Entities: En ocasiones, durante el proceso de mallado pueden quedar entidades
desconectadas o Free Entities, que no comparten ningún nodo con otra entidad. Para localizarlas y
seleccionarlas se utiliza este modo de selección
Select Connected Entities: eligiendo una entidad del modelo (de cualquier tipo, aunque no se
corresponda con el tipo de entidad activa en el modo de selección), se seleccionan automáticamente
todas las entidades conectadas a aquella.
Select Plate Faces: selecciona la cara de un elemento Plate por su número y marcando una
tolerancia determinada.
Select Brick Faces: selecciona la cara de un elemento Brick por su número y número de cara,
marcando una tolerancia determinada
Select Entities on Load Path: selecciona todas las entidades conectadas a un Load Path
Select Beams on Patch Plates: selecciona los Beams que están dentro de la tolerancia marcada en
un elemento plate tipo Load Patch.
Clear All Selections: Permite limpiar TODAS las selecciones realizadas en el modelo. Solo se
limpiarán las selecciones de entidades que estén visibles en ese momento en pantalla.
Summary
Information: Datos del proyecto (título, autor, fecha, comentarios, etc).
Attribute: abre una tabla dinámica que muestra todos los datos relativos a los atributos asignados al
modelo y las etapas de carga establecidas.
Table: listado de tablas de valores utilizadas en el modelo.
Property: listado de propiedades asignadas al modelo, con sus valores y parámetros principales.
Model: listado dinámico de todos los elementos del modelo organizados por propiedades, e
indicando sus datos geométricos. Permite realizar tanto un conteo de elementos, como la medición
de longitudes, superficies, etc.
Whiteboard: una vez abierto el cuadro, muestra los datos principales de la entidad marcada en
pantalla (que no seleccionada).
Global
Load and Freedom Cases: permite introducir en el modelo datos referentes a temperatura inicial,
acción de la gravedad, aceleración inicial, acción sísmica, etc. La posibilidad de establecer diferentes
estados de carga, permite luego en el cálculo establecer diferentes combinaciones (por ejemplo,
pesos propios y sobrecargas). Se abre un cuadro de diálogo dividido en tres apartados, en cada cual
habrá que definir el o los casos diferentes (por ejemplo, en el apartado de Primary Load Cases,
podremos definir un caso de peso propio y otro de sobrecargas):
Primary Load Cases
Reference/Initial Temperature: su significado depende del tipo de análisis que se va a efectuar:
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En “Structural Analysis”, define la temperatura (Reference Temperature) a la que el modelo tiene
una deformación nula por efectos térmicos. En “Transient Heat Analysis”, define la temperatura
(Initial Temperature) inicial de aquellos nodos a los que no se les asignó ninguna temperatura en
el editor.
Inertia Load: permite introducir cargas inerciales (aceleraciones) en el modelo. Puede hacerse
mediante un valor concreto de gravedad o bien mediante una aceleración lineal y/o angular y
velocidad angular inicial:
Datos de gravedad
Datos de aceleración lineal/angular
Dichos valores de aceleración pueden aplicarse o no de forma separada tanto a elementos
estructurales como a elementos de masa no estructurales (parte inferior izquierda del cuadro).
Seismic Load Cases: permite definir casos de acciones sísmicas:
Seismic Parameters: son los parámetros sísmicos que definen el seísmo (ver MANUAL
STRAUS7: SolverÆSeismic Analysis)
Gravity Load: define el valor y dirección de la gravedad aplicada al modelo.
Excitation Direction: es el vector de dirección de la carga sísmica (que debe ser siempre
ortogonal a la dirección de la gravedad). Su magnitud se define en los Seismic Parameters.
Add non-structural mass from… indicar aquellos casos de carga en los que se ha incluido masa
no estructural, que se quiera incluir en el análisis con seísmo.
Seismic Load Cases
Freedom Case Imput
Freedom Case Imput: permite aplicar condiciones restrictivas de libertad de movimiento a los nodos
del modelo, que se añadirán a las asignadas mediante atributos. Dichas restricciones o coacciones
son desplazamiento y giro en los 3 ejes. Esta opción puede ser necesaria para limitar el movimiento
no deseado de los nodos en ciertos análisis, como por ejemplo en análisis 2D, donde todos los nodos
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deben tener coaccionado el movimiento en el eje perpendicular al plano de análisis, así como la
rotación respecto de los ejes paralelos a dicho plano.
En la opción Auto Set, se activan las coacciones necesarias en cada tipo de análisis.
Coordinate Systems: En Straus7, además del Sistema de Coordenadas Global, podemos definir
nuevos sistemas de coordenadas de usuario (User Defined Coordinate System - UCS) tanto de tipo
cartesiano, cilíndrico, esférico o toroidal. Tales sistemas se identificarán como UCS1, UCS2, etc:
Sistema Cartesiano
Sistema Cilíndrico
Sistema Esférico
Sistema Toroidal
Groups: abre un cuadro de diálogo que permite gestionar la organización en grupos de las entidades
del modelo (de modo similar a los sistemas de “capas”). El cuadro representa la estructura de grupos
y subgrupos, su estado y color:
(Ventana de Color) asigna un color al grupo selecionado (Group Color).
New Group: crea un grupo nuevo dentro del grupo seleccionado.
Delete Selected Group: elimina el grupo seleccionado. Las entidades contenidas en el grupo
eliminado no se pierden, pues se trasladan al grupo jerárquicamente superior.
Delete Unused Groups: elimina aquellos grupos que no contienen entidades (vacíos).
Edit Group Name: para modificar el nombre del grupo.
Assign Selected Entibies to Selected Group: las entidades seleccionadas, se trasladan al
grupo seleccionado.
Set Selected Group as Default: define el grupo seleccionado como por defecto: las entidades
que se creeen a partir de ese momento, se ubicarán en dicho grupo.
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Update: visualiza u oculta las entidades del modelo según se determine en el cuadro.
Auto Update: realiza la operación anterior de forma automática, cada vez que se activa o se
desactiva un grupo.
Permite visualizar u ocultar todos los grupos simultáneamente, o invertir su estado.
(Flechas de posición): permiten mover el grupo seleccionado a cualquier posición del árbol
jerárquico.
Stages: esta opción permite definir diferentes etapas en la construcción de un modelo, y poder así
simular su comportamiento a lo largo de toda la secuencia de su construcción. Resultará
especialmente útil para comprobar una estructura a la que se aplica un refuerzo, desde su estado
inicial, pasando por el proceso de apeo e intervención, hasta su puesta en carga final. Esta opción
también sirve para anular del análisis (en Linear Static Analysis) ciertos grupos de elementos.
Los diferentes comandos disponibles en éste cuadro
son:
New Stage Definition: crea una nueva etapa para
su definición.
Delete Stage
seleccionada.
Definition:
borra
la
etapa
Edit Stage Definition Name: cambia el nombre de
la etapa seleccionada.
Copy to…./Copy from…: copia la definición
de la etapa seleccionada a otras etapas distintas, o
bien copia la definición de otra etapa a la etapa
seleccionada.
Auto Create Stages: crea de forma automática
diferentes etapas, siguiendo la estructura de los grupos existentes (normalmente hay que modificar
luego las etapas creadas).
Invert Stage Order: cambia el orden de dos etapas consecutivas seleccionadas.
Display Stage Definition: muestra en pantalla las entidades que componen la etapa seleccionada.
Animate Stages: produce una animación de la secuencia de etapas.
Property display: (únicamente relevante cuando existen elementos a los que se han asignado
propiedades dependientes de etapas).
Morph: cuando se activa en el análisis una etapa con Morph activado, las entidades nuevas que
aparecen en dicha etapa se deforman a la nueva posición (forma) del modelo sin producir tensiones.
Un ejemplo claro es la definición de una segunda etapa en la que se incorpora un puntal bajo una
viga: si activamos el morph, el puntal aparecerá con la altura correspondiente a la viga deformada en
la primera etapa, pero sin producir tensiones provocadas por el acortamiento.
Move Fixed Nodes: cuando se activa en el análisis una etapa con Move Fixed Nodes activado, los
nodos coaccionados nuevos que aparecen en dicha etapa se mueven a la nueva posición del modelo
sin producir tensiones. En caso contrario, dichos nodos no alteran su posición inicial (en los ejes en
los que se ha asignado una coacción).
Rotate Clusters: esta opción ha de activarse cuando se produzcan rotaciones en el modelo de
magnitud mucho mayor que los desplazamientos.
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Units: En Straus7 se puede trabajar con diferentes
sistemas de unidades. El cuadro de diálogo que
aparece, permite definir las unidades de trabajo para
cada magnitud, o bien seleccionar un sistema de
medidas determinado (SI, Nmm, Kgcm, IPS o FPS).
Normalmente, las unidades se establecen al comenzar
un nuevo proyecto. No obstante, a través de ésta
opción pueden cambiarse en cualquier momento, para
lo cual el programa pregunta si se desea reescalar o
no el modelo a las nuevas unidades. Si se accede al
comando Units desde el PostPorccesing, únicamente
se visualizan las unidades utilizadas, sin poder
cambiarlas.
Create
Esta opción permite crear directamente entidades, sin necesidad de recurrir al sistema de mallado
automático. Las entidades que se pueden crear son nodes, elementos tipo beam/plate/brick, links y
vertex:
Create node: se introducen las coordenadas del nuevo nodo.
Create Element: con la pestaña Type, se elige el tipo de
elemento a crear. El elemento se crea a partir de la
designación de los nodos sobre nodos existentes o bien sobre
puntos de la trama de apoyo (grid).
(La opción Unhook, funciona como un comando Undo local)
Create link: permite unir dos nodos existentes mediante un
link. Este comando se explica de forma mas detallada en el “capítulo V. Asignación de Atributos Æ
LINK ATTRIBUTES”
Create Vertex: crea nuevos vértices en los lados de una geometría existente. El procedimiento
empieza por seleccionar el lado, y sigue indicando la posición relativa del nuevo nodo en función de
la longitud del lado.
Attributes: Dada la complejidad y extensión de este tema, se explica en el capítulo V. Asignación
de Atributos
Tools
Esta pestaña recoge multitud de comandos relativos a la edición del modelo en la etapa de
preproceso:
Copy: permite copiar las entidades seleccionadas. Existen diferentes sistemas de copia:
By Increment: el vector de copia se define por los incrementos X,Y,Z, o bien señalando 2 puntos
existentes (nodos o vértices) con Set by Points. El parámetro Property Increment permite auto
asignar nuevas propiedades a los elementos copiados de forma incremental. El parámetro Repeat
indica cuantas veces se repiten los elementos. Las opciones en la parte inferior del cuadro de
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diálogo, permiten que los elementos copiados hereden los atributos de los originales, y también crear
nuevos grupos con dichos elementos.
By Direction: similar al anterior, pero indicando la dirección e incremento por separado: La dirección
se indica a través de 2 puntos (P1,P2) existentes (nodos, vértices o puntos del grid) y el incremento
con el valor Amount.
By Thickness: utilizado para copiar elementos tipo Beam o Plate, siguiendo una de las direcciones
del sistema de ejes local del elemento, salvo que se active la opción “Plate Direction”, en cuyo caso
se utilizará la dirección ortogonal al plate (o la dirección promediada de varios plates seleccionados).
La distancia de copia se especifica con Thickness, salvo que se active la opción “Use Plate
Thickness”, en cuyo caso se utilizará el espesor del elemento plate.
To Absolute: la copia se efectúa de tal forma que el elemento copiado mantiene las coordenadas de
sus nodos, salvo la indicada en la opción Fix: todos los nodos adoptarán como coordenada Fix el
valor indicado en Value. La copia representa una proyección de los elementos seleccionados en un
plano determinado.
By Projection…
To Line: copia nodos y elementos tipo beam proyectando los nodos sobre una línea
determinada P1-P2.
To Plane: copia nodos y elementos tipo beam o plate, proyectándolos sobre un plano.
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To UCS: idem anterior, pero sobre un plano UCS predefinido.
To Entity Face: idem anterior, pero sobre una superficie (target) definida por elementos plate,
por las caras de elementos brick, o por la superficie de una geometría.
La dirección de la proyección de copia se define de 3 formas diferentes:
− Source (Plate) Normal: la dirección de proyección es la perpendicular a los plate de origen.
− Conical: proyección cónica con vértice en el punto Apex.
− Parallel: proyección paralela, con dirección P1-P2.
Move: este comando funciona de forma idéntica al comando anterior Copy, salvo que mueve las
entidades en vez de copiarlas (por lo tanto, los cuadros de diálogo son idénticos, salvo que no
aparecen las opciones propias de copia). Existen dos métodos que no aparecen en “Copy”:
Move by Skew: produce una deformación angular (cizalladura) según los ejes X,Y,Z, y a partir
de un punto fijo (origin).
Move to UCS Intersection: mueve los nodos seleccionados a la línea de intersección de 2
sistemas de coordenadas UCS previamente definidos.
Extrude: este comando genera una extrusión sobre nodos o elementos tipo beam/plate o sobre
caras de bricks, generando un cuerpo mallado de elementos finitos. En aquellos casos en los que la
geometría del modelo 3D sea viable, la extrusión se presenta como un método mas eficiente que el
mallado automático, pues produce elementos brick hexaedros (mas precisos) en vez de tetraedros.
− (0DÆ1D): La extrusión de nodos genera elementos tipo beam (o también genera links).
− (1DÆ2D): La extrusión de elementos tipo beam, genera elementos tipo plate.
− (2DÆ3D): La Extrusión de elementos tipo plate o de caras de bricks, genera elementos tipo
brick.
Existen en Straus7 diferentes formas de efectuar una extrusión, siguiendo un procedimiento muy
semejante al utilizado en los comandos copy y move:
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Extrude by Increment: el vector de extrusión se define por los incrementos X,Y,Z, o bien señalando 2
puntos existentes (nodos o vértices) con Set by Points. El parámetro Property Increment permite auto
asignar de forma incremental nuevas propiedades a los elementos generados por la extrusión. El
parámetro Repeat indica cuantas veces se repiten los elementos.
Dado que este comando nos permite generar modelo 3D sobre la base de una mallado 2D de plates,
una forma de indicar el reparto de elementos es introducir como incremento la expresión de la
longitud total de la extrusión (L) dividida por el numero de elementos (N) que debe contener
[Increm=L/N]; en el parámetro Repeat, pondremos el numero de elementos (repeat=N).
En el ejemplo siguiente, se ha utilizado la extrusión de elementos tipo Beam sobre un UCS cilíndrico
para obtener una superficie cilíndrica:
Extrude by Direction: similar al anterior, pero indicando la dirección e incremento por separado: La
dirección se indica a través de 2 puntos (P1,P2) existentes (nodos, vértices o puntos del grid) y el
incremento con el valor Amount.
By Projection…
To Point: extruye nodos y beams origen proyectándolos a un punto (no se puede subdividir
con repeat la extrusión).
To Line: extruye nodos y elementos tipo beam proyectando los nodos sobre una línea
determinada P1-P2. (no se puede subdividir con repeat la extrusión).
To Plane: extruye nodos y elementos tipo beam o plate, proyectándolos sobre un plano.
By Projection…
To UCS: idem anterior, pero sobre un plano UCS predefinido.
To Surface: idem anterior, pero sobre una superficie (target) definida por elementos plate, por
las caras de elementos brick, o por la superficie de una geometría.
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Extrude by Thickness: utilizado para extruir elementos tipo Beam o Plate, siguiendo una de las
direcciones del sistema de ejes local del elemento, salvo que se active la opción “Plate Direction”, en
cuyo caso se utilizará la dirección ortogonal al plate (o la dirección promediada de varios plates
seleccionados). La distancia de extrusión se especifica con Thickness, salvo que se active la opción
“Use Plate Thickness”, en cuyo caso se utilizará el espesor del elemento plate.
Extrude by Line: permite extruir nodes, beams o plates sobre una secuencia de líneas (normalmente
utilizado para generar conductos). Con el parámetro Divisions, se especifica el número de elementos
que se generarán a lo largo de la extrusión: podemos bien indicar el número de elementos sobre la
totalidad de la línea de extrusión (Specify), o bien indicar que cada segmento de la línea genere un
solo elemento (Use Line Definition). En el ejemplo siguiente, se ha extruido una línea circular cerrada
sobre una línea curva 3D, generando una tubería de elementos tipo plate:
Extrude Absolute: la extrusión se efectúa de tal forma que el elemento extruido mantiene las
coordenadas de sus nodos, salvo la indicada en la opción Fix: todos los nodos adoptarán como
coordenada Fix el valor indicado en Value. La extrusión representa un modelo que une los elementos
origen y la proyección de dichos elementos en un plano determinado.
Æ En todos los casos, Las opciones en Source indican que se debe hacer con los elementos origen
de la extrusión: dejarlos (Leave), borrarlos (Erase), moverlos hasta la posición indicada por el vector
de extrusión (Move) o bien copiarlos a dicha dirección (Copy).
Mirror: crea una copia de las entidades seleccionadas siguiendo la simetría de un plano paralelo a
XY, YZ o ZX y pasando por el punto P1, o bien un plano definido por 3 puntos existentes. Las
opciones inferiores permiten copiar los atributos de las entidades de origen (Mirror Attributes), borrar
las entidades originales (Erase Source) y crear un nuevo grupo con las entidades copiadas (Create
New Group for Image).
Mid-plane Projection: dadas dos superficies distintas y separadas formadas por elementos plates,
este comando crea una nueva superficie en el plano medio de ambas, con las características de una
de ellas (Master element). Existe la opción de borrar la superficie “master”, activando la opción Move.
Scale Nodes and Elements: reescala los elementos del modelo seleccionados. Se trata de la rutina
que usa el programa cuando se reescala el modelo por cambio de unidades. Existen dos
procedimientos distintos:
Scale by UCS: pueden introducirse 3 factores de escala
diferentes para los 3 ejes X,Y,Z del sistema UCS definido.
El origen de escalado puede definirse como el punto
medio de todos los nodos seleccionados (Mean), el punto
central del volumen contenedor del modelo (Median), el
origen del sistema UCS (Origin), o bien un punto
seleccionado (PointÆScale Point)
En caso de seleccionar un UCS cilíndrico, los factores de
escala se sutituyen por un factor de escala del radio y
altura (R,Z) y el factor de escala angular (θ)
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Scale by Taper: se trata de una forma de deformar
un modelo según una dirección y dos factores
diferentes de escala. La dirección sobre la que se
aplican los dos factores se define con la recta P1P2. Los valores de escala a aplicar en dichos
puntos son Scale-1 y Scale-2 (para el resto de
puntos, se interpolan estos valores). El eje que
sufre la deformación (escalado) se define en Axis
(X, Y o Z del sistema de ejes elegido, Global o
UCS):
Scale Geometry: reescala las entidades geométricas (caras) seleccionadas según un factor (Scale
Factor).
Reposition: suele utilizarse para reubicar un modelo en una nueva posición. A diferencia del
comando Move, actúa sobre todo el modelo, y no sobre lo seleccionado. Existen dos procedimientos:
To Origin: se indica el nuevo origen de coordenadas con un punto (By Point), o el programa busca el
nuevo origen en el nodo con valor mínimo de X,Y,Z (Min XYZ).
To UCS Plane: permite alinear el modelo a uno de los planos del sistema de coordenadas elegido
(Plane 1, 2 o 3), tomando como referencia (Source) el punto origen (Origin), el eje 1 (Axis 1) y el eje
2, contenido en el plano que pasa por el origen, el punto Axis-1 y el punto Plane.
Geometry Tools: se trata de una serie de utilidades de gran ayuda en el mallado a partir de
entidades geométricas.
Graft Edges to Faces: funciona de forma análoga al comando “estampar” de AutoCAD. En aquellos
casos en los que dos superficies geométricas estén en contacto pero no soldadas (el borde de una
de ellas -Edge- toca la cara de la otra –Face-), esta utilidad crea un spline de intersección para
posibilitar que el mallado posterior esté conectado. La distancia máxima a la que deben estar el
borde de la superficie 1 y la cara de la superficie 2, se especifica en Distance, de forma relativa
(fracción del tamaño máximo del modelo) o absoluta (en unidades del modelo).
Intersect Edges: permite obtener la intersección de dos lados (Edges) de superficies geométricas,
creando un vértice y dividiendo cada Edge en dos. Si se activa la opción “Split Intersected Faces”,
entonces las superficies a las que pertenecen los lados también se dividen en dos (únicamente si se
han encontrado 2 puntos de intersección de 2 parejas de edges de dos superficies distintas):
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Morph Edges: permite unir dos lados de superficies geométricas, en un lado con posición y forma
promediada de los dos seleccionados. Las superficies se unen, ajustando su forma a dicha unión.
Los ejemplos siguientes expresan mejor el procedimiento:
Morph entre dos superficies 2D en mismo plano
Morph Entre una superficie 2D y una 3D
Split Face by Vértices: divide en dos una superficie geométrica por la línea que une los dos vértices
seleccionados (que deberán estar en los lados de dicha superficie). Dicha línea será plana en
superficies planas, y curva en superficies curvas.
Split Face by Plane: permite dividir superficies geométricas por su intersección con un plano dado. El
plano de corte puede definirse como paralelo al XY, YZ o ZX del UCS vigente, pasando por el punto
P1, o bien mediante 3 puntos (P1, P2, P3). En caso de superficies cerradas, si se activa la opción
“Create Cut Faces”, se crean superficies de cierre apoyadas en las líneas de corte generadas (1 sola
cara si el valor=1, y dos caras superpuestas si =2).
Se pueden generar tantos cortes como indica repeat, separados el valor de increment (creando
nuevas superficies).
Face from Plate: convierte una malla de elementos tipo Plate en superficies geométricas, las cuales
pueden ser luego malladas otra vez con Surface Automesh. Si se activa la opción Delete Plates, los
elementos plate originales se borran.
Este comando resulta muy útil para refinar el mallado de superficies.
Face from Beam Polygon: crea superficies geométricas a partir de un conjunto de elementos tipo
Beam que formen un polígono cerrado. El parámetro Edge Tol (deg) define la tolerancia de ajuste de
los lados de la nueva superficie al polígono de elementos beam. Si el valor=0, los lados se ajustan al
polígono, pero si el valor está entre 0 y 90, los lados realizan un ajuste polinómico, pasando por los
extremos de los beams:
Face from Cavity: permite crear superficies geométricas en los agujeros (cerrados) existentes dentro
de otras superficies. En realidad, sirve para rellenar posibles agujeros o cavidades en superficies,
pero manteniendo el contorno para poder diferenciar los dos elementos.
Rebulid Faces: permite reconstruir superficies geométricas que producen un mallado incorrecto o de
poca calidad.
Convert to NURBS: convierte non-b-splines de superficies geométricas (cono, clindro, etc) en nonuniform racional b-splines (NURBS).
Delete Cavity Loops: borra los agujeros y cavidades cerrados de una superficie geométrica.
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Subdivide: aplicable a elementos tipo Beam, Plate o Brick, permite dividir cada elemento en
elementos mas pequeños. Sirve para refinar el mallado existente.
Cut Beams and Plates: corta elementos tipo Beam o Plate por una recta definida por 2 puntos o
bien por un plano coordenado.
Grade Plates and bricks: permite conectar 2 elementos incompatibles dividiendo uno de ellos en 2 o
mas elementos de tal forma que se asegure la coincidencia de nodos. Tal incompatibilidad suele
producirse al refinar el modelo con el comando Subdivide, aplicado a una parte del modelo. En el
ejemplo siguiente se muestra como la subdivisión genera una incompatibilidad (existen nodos no
conectados), y como se corrige con Grade:
Malla original, malla refinada parcialmente con Subdivide, y aplicación de Grade para conectar elementos incompatibles
Existen varias formas de dividir elementos:
Plane Slice: permite cortar elementos tipo Beam y/o Plate según planos paralelos a los
coordenados. La distancia entre los planos se define en Increment, y el número de planos en repeat.
En el caso de corte de plates, en cada corte resultante se crean elementos tipo Beam. El siguiente
ejemplo muestra el resultado de aplicar el comando Slice a una superficie mallada con plates:
Split Beams: divide en dos un elemento Beam. La posición del punto de corte se determina por el
parámetro ratio: si ratio= 0.5, la división será por la mitad; si ratio= 0.25, la división será a un 25% de
la longitud, por lo que el programa me pedirá designar el extremo del beam donde se sitúa el punto
de corte.
Intersect Beams: divide elementos Beam por los puntos de intersección (de existir). También divide
un Beam por los lados de elementos Plate. La distancia mínima para generar el corte se define en
Max Gap. El parámetro Min Angle determina el ángulo mínimo entre dos beams o entre beam y plate
para producirse la intersección.
Interpolate Beam Sections: permite realizar una transición entre dos elementos Beam conectados
por un tercero. El comando se aplica al elemento intermedio (de transición), y lo subdivide en tantas
partes como se defina en Divisions (mínimo 2). Cada parte asumirá un tamaño resultante de
interpolar linealmente los tamaños de los beam a conectar (deben tener el mismo tipo de sección):
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Points and Lines: permite básicamente crear nodos (opción Create Beams desactivada) o
elementos beam (opción Create Beams activada) a partir de construcciones geométricas tipo. El
numero de nodos o beams que se crean se determina con el parámetro Steps. Existen varios
procedimientos representados por iconos en el cuadro de diálogo:
Línea recta entre 2 puntos
Parábola por 3 puntos
Arco de círculo por 2 puntos y radio R
Arco de círculo tangente a 2 rectas formadas
por 4 puntos, y con radio R
Crea una extensión de longitud R a
partir de una línea entre 2 puntos
2 rectas: una por P1 perpendicular a recta por
P2-P3
Dos líneas por 4 puntos, cortadas
(nodo) en su intersección
Haya el centro de unb circulo que pasa por
P1, es tangente a P1-P2 y tiene radio R (P3
sirve para elegir una de las 2 soluciones)
Mueve el punto P1 (o lo copia) a la
posición media P2-P3 (sist Cartesiano)
Idem anterior, pero en un sistema de ejes
UCS definido.
Arco de círculo con centro en P1,
empezando en P2 y terminando en la
recta P1-P3 (Steps: Nº de lados)
Calcula (crea un nodo) el centro del círculo
que pasa por 3 puntos
Arco de elipse con centro en P1, desde
P2 hasta P3
Línea curva de radio variable. El radio varía
entre P1-P2 y P1-P3.
Arco de círculo entre 3 puntos
Calcula la intersección de 2 círculos con
centro en P1 y P2 y radios R1 y R2
Calcula la intersección entre un círculo
de centro P1 y radio R, y una línea
entre 2 puntos P2-P3
Arco de círculo tangente a recta por 2 puntos
y circulo por centro y radio. El arco se crea
entre los puntos de tangencia
Rectas de tangencia entre dos círculos
definidos por su centro y radio
Arco de círculo de radio R3, tangente a dos
círculos definidos por su centro y radio
Arco de círculo de radio R2, tangente a
una recta P2-P3 y a un círculo definido
por su centro P1 y radio R1
Tangente desde un punto P2 a un círculo
definido por su centro P1 y radio R. El P3
determina una de las 2 soluciones
(*) En algunos procedimientos, se puede elegir entre crear un arco de círculo o el círculo completo,
con la opción Full Circle.
Fillet Plates: permite ajustar el encuentro entre dos
superficies malladas con Plates con una curvatura de radio
definido en Fillet Radius.
Dado que los elementos que se crean son curvos, siempre
serán de tipo Quad8, por lo que si el modelo está mallado con
elementos Quad4, se producirá una incompatibilidad en los
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lados de unión. Se debe solucionar con el comando Subdivide y/o con Grade aplicados a los
elementos de 4 nodos.
Loft Beams: esta herramienta permite generar una superficie de elementos Beam sobre una serie de
líneas curvas formadas por Beams (opción Plates activada). Las líneas de base pueden importarse
desde CAD por formato DXF, y luego convertirse en Strau7 a elementos Beam para poder utilizarse
en éste comando.
También permite generar una serie de líneas curvas con elementos Beam, transversales a las líneas
de apoyo (opción Cross Beams activada). Los ejes principales de éstos Beams, se colocan
automáticamente de forma perpendicular a la superficie creda.
− Steps: número de divisiones de cada línea de base.
− Substeps: número de elementos Plate por cada división (step) de las líneas.
El procedimiento se expresa mejor en el siguiente ejemplo:
Line Tesselatte: permite crear una serie de líneas (a base de elementos Beam) que definen la
geometría principal de la superficie externa del modelo (contornos, aristas de intersección, etc). Al
tratarse de elementos beam, pueden utilizarse como elementos estructurales que se incorporan a
nuestro modelo.
Se puede decidir si las líneas se crean a partir de elementos tipo Plate (Consider Plates activado),
Brick (Consider Bricks activado) y/o caras geométricas (Consider Geometry activado).
Angle: si el ángulo entre dos elementos es mayor que el especificado, se crea una línea en la arista
de unión.
Include T-Junctions: si se active, se genera una línea en las aristas de unión de 3 o mas elementos
(T-Junction).
Face Tesselatte: esta herramienta permite crear una superficie formada por elementos tipo Plate,
cubriendo el exterior de un modelo mallado de elementos tipo Brick. Dado que genera una cobertura
superficial de un modelo 3D sólido, es útil para la conversión de modelos sólidos a modelos
superficiales, y con ello realizar la simulación con plates en vez de Bricks.
Create Entity UCS: permite crear un sistema de coordenadas UCS a partir de un elemento (beam,
plate, o cara geométrica). El origen de coordenadas del UCS se situará en el centroide del elemento.
Align: esta herramienta contiene una serie de utilidades para alinear elementos del modelo respecto
al propio modelo o a los ejes definidos:
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Align Beam Axes: permite alinear los ejes locales o principales de un elemento Beam, a los ejes
Globales o bien a los ejes de un sistema UCS definido. La alineación es importante para que la
sección asignada al elemento tenga una posición adecuada al modelo a simular.
Align Beam Frame Works: alinea una serie de elementos Beam conectados que forman una trama
superficial, de tal forma que el eje seleccionado (Axis) quede perpendicular a la superficie formada
por dicho conjunto de elementos.
Align Beams to Plates: permite alinear los ejes locales o principales de un elemento Beam, a los
elementos Plate a los que está conectado.
Remove Beam reference Nodes: borra los nodos de referencia de elementos Beam (utilizados
normalmente para alinear beams con el modelo).
Align Plate Axes: Permite alinear los ejes locales de los elementos Plate, con los ejes Globales o
UCS:
Align Plate Normals: permite alinear el eje local Z de elementos tipo Plate, con la dirección local Z de
un elemento determinado (Master Element). Este procedimiento es importante para asegurar una
homogeneidad de la orientación de los plates, dado que el eje Z local determina el signo de
presiones, fuerzas, etc.
Drape Beams: los elementos beam definen su orientación longitudinal por el orden de los nodos
extremos (1-2). En una serie de beams conectados, esta herramienta recoloca todos los elementos
para que tengan la misma orientación.
Drape Plates: ídem a Drape Beams, pero con elementos tipo Plate, y siguiendo la orientación de un
elemento determinado (Master Element).
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Rotate Plates: rota la numeración de un elemento plate (normalmente utilizado para facilitar el
comando Subdivide).
Flip Entities: según el tipo de elemento, el efecto es diferente: en Beams, permuta la numeración de
los nodos extremos (eje principal-3). En Plates y en caras geométricas, cambia de signo el eje local Z
(perpendicular al plano del elemento).
Smooth Plates: (sólo aplicable a elementos Plate) en Straus7, la fiabilidad del análisis depende
entre otras cosas de la calidad del mallado. Dicha calidad depende de factores como la distorsión de
los elementos, que depende de los ángulos que formen entre sí los lados de l elemento. Así, se
considera que un elemento está distorsionado si algún ángulo interno es diferente de 90º (Quad) o
60º (Tri). En el proceso de auto mallado, suelen aparecer elementos distorsionados para posibilitar la
operación en objetos complejos. En caso de suceder, puede aplicarse el comando Smooth, que
básicamente mueve los nodos necesarios para reducir dentro de lo posible las distorsiones
encontradas:
Adjust Mid-side Nodes: reajusta los nodos intermedios de elementos cuadráticos hasta una
posición más favorable. Puede hacerse según el UCS activo (Curved) o bien según el sistema
cartesiano (Straight).
Reorder Nodes: renumera los nodos del modelo, creando una numeración ordena según el método
elegido:
Line Vx, VY,Vz: define el vector de dirección de la renumeración.
Tree: realiza la renumeración a partir de un punto (Starting Node), utilizando un algoritmo basado en
la conectividad entre elementos.
AMD: la ordenación se realiza siguiendo los requerimientos del Sparse Solver (normalmente, cuando
se utiliza este tipo de solver, se realiza automáticamente un reordenamiento AMD de forma
automática).
La reordenación de nodos, reduce la dimensión de l matriz de rigidez, y por lo tanto, el tamaño del
archivo, así como el tiempo de cálculo.
Merge: hay dos opciones:
Merge element Pairs: une dos elementos para formar uno solo.
Merge Line of Beams: une una serie de elementos Beam colineares en un solo Beam (elimina nodos
intermedios).
Convert: convierte elementos de un tipo a otro:
Beams to Plates: crea a partir de un polígono cerrado de 3 o 4 Beams, dos elementos tipo Plate
triangular o un elemento Plate cuadrilátero (Create Quad-4 activado).
Beams and Links: convierte Beams en Links (según tipo especificado) y viceversa.
Tri to Quad: convierte elementos triangulares en elementos cuadrangulares (de mayor precisión).
Resulta muy eficaz al realizar un automallado, que genera siempre elementos triangulares.
Patch Loads to beam Loads:
Load Paths to Load cases:
Create Load Patches: ver “Attributes Load Patch”
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Auto Assign: Asigna de forma automática coacciones y otras características al modelo. Hay varios
métodos:
Auto Assign Restraints: selecciona de forma automática nodos del modelo y les asigna ciertas
coacciones de movimiento (Restraints), según una de las opciones siguientes:
Cartesian Symmetry: dependiendo de la posción de cada nodo, le aplica una coacción, de tal
forma que considera los planos cartesianos XY, YZ y ZX como planos de simetría:
Posición del nodo:
Fuera de plano cartesiano
Plano XY
Plano YZ
Plano ZX
Planos XY & YZ
Planos YZ & ZX
Planos ZX & XY
Planos XY, YZ & ZX
DX
DY
DZ
RX
RY
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
RZ
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Fijo
Axisymmetry: aplica las coacciones necesarias, considerando que existe una simetría radial
en torno a un eje (Axis), y que ángulo en el que se aplica la coacción se define entre θ1 y θ2.
Sector Symmetry: idem anterior, pero en casos de simetría radial en la que se repite un
sector.
Rigid Connections: conecta nodos entre sí mediante Links rígidos (rigidez infinita), obligando a
que se comporten como un cuerpo rígido. La coacción puede establecerse en 3D o en uno de
los planos definidos.
Multi´Point Link:
Auto Assign Beam Offsets: permite desplazar la posición de la sección de un elemento Beam a una
de las posiciones más usuales. Dichas posiciones se eligen en el cuadro de diálogo: al pulsar las
flechas, se van rotando las diferentes posiciones disponibles dentro de cada tipo de sección:
− Auto Assign Plate Offsets: aplica de forma automática un desplazamiento de los elementos
Plate, a partir de su plano medio.
− Auto Assign Soil In-situ Stress: aplica de forma automática los atributos de tensión in-situ a
elementos de terreno (soil elements).
Automeshing: Ver el “capítulo III. Mallado del modelo”.
Attach Parts: actúa en elementos a los que previamente se les ha asignado el atributo Attachment.
El comando genera automáticamente los link de unión con los elementos cercanos (según el gap
establecido en el atributo). Las conexiones se realizan desde los extremos de los elementos Beam
(Beam Ends), desde los lados de los elementos Plate (Plate Edges), y/o desde las caras de los
Plates o caras de los Bricks (Plate/Brick Faces).
Hay que incidir en que el comando puede actuar sobre
todos los elementos visibles del modelo (Act on All
Elements) o únicamente sobre los elementos seleccionados
(Act on Selected Elements).
El parámetro Merge Tol, indica el ángulo mínimo entre dos links de unión desde el mismo nodo, a
partir del cual el programa los unifica en uno solo, con dirección la bisectriz.
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Detach Elements: este comando sirve para desconectar elementos del modelo. Existen varias
opciones:
None: en el contorno de unión, se duplican los nodos.
Master-Slave Link: en el contorno de unión, se duplican los nodos y se unen mediante links tipo
master-slave.
Beam: Idem anterior, pero la conexión se realiza mediante elementos tipo Beam, de propiedad la
definida en Beam Property Type.
Clean: esta utilidad es fundamental para el proceso de importación de geometrías defectuosas
(normalmente provenientes de importación de CAD) y de mallados incorrectos.
Clean Mesh: limpia errores frecuentes tales como elementos duplicados, conexión incorrecta entre
elementos, nodos superpuestos desconectados, etc. También renumera todos los nodos y elementos
del modelo.
El cuadro de diálogo presenta cuatro pestañas, cada una con varias opciones:
− Actions:
Zip Nodes: si la distancia es menor que la tolerancia definida en la pestaña Zip, entonces los
nodos se funden en uno solo, conectando los elementos.
Remove Duplicate Elements: en caso de existir 2 o mas elementos idénticos superpuestos,
deja uno solo de ellos. Existe la opción (en pestaña Options) de permitir que existan
elementos duplicados, si tienen diferente propiedad (Allow duplicates of different property).
Fix Element Connectivity: convierte elementos Quad4 con dos nodos muy próximos en
elementos Tri3. Aquellos elementos Tri3 con los 3 nodos en línea, se suprimen.
Delete Free Nodes: borra los nodos que no estén conectados a ningún elemento.
Check Only: si se active, Straus7 únicamente realiza una comprobación.
− Selection:
Beams, Plates, Bricks, Links: el comando Clean opera sobre los elementos activados en ésta
opción.
− Zip:
Tolerance: distancia minima de comprobación entre nodos.
Allow cero Length Links/Beams: no borra elementos tipo link/beam, si su longitud es inferior al
valor de Zip.
− Options:
Node Attribute/Coordinates: indica de cual nodo deben heredarse los atributos y coordenadas
al eliminar nodos superpuestos.
Allow Duplicates of different Property: permite elementos superpuestos idénticos, si tienen
diferentes propiedades.
Clean Geometry: existen diversos problemas consecuentes de la importación de geometrías desde
CAD: caras no conectadas (lados libres), caras en forma de línea, caras superpuestas, etc. Se tata
de una herramienta similar a la de Clean Mesh, muy útil para conseguir un buen mallado.
− Edge Merging Angle: si dos líneas conectadas por un vértice guardan un ángulo mayor que el
aquí definido, se sustituyen por una sola línea, borrando dicho vértice.
− Minimun Feature Lenght: el programa elimina las líneas cuya longitud sea menor que el valor
aquí definido. El valor puede ser absoluto, en unidades del modelo (Absolute), o bien relativo
al tamaño del contorno mínimo aparente del modelo (Relative).
− Free Edges Only: el commando actúa solo en lados libres de la geometría (bordes).
− Duplicate Faces: en caso de encontrar caras duplicadas, el programa actúa siguiendo uno de
los 3 criterios siguientes: deja todas las caras –no las borra- (Leave All Faces), deja una sola
cara y borra las demás (Leave One Face), o borra todas las caras (Delete All Faces).
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Comandos de Straus7
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Options: el menú desplegable contiene una serie de opciones generales relativas a la mayoría de
comandos en Tools, y que ya han sido explicadas en cada comando.
Tables
Las tablas permiten definir la variación de una magnitud en función de otra (p.e.
tensión/deformación). Su utilización normalmente es en Análisis No Lineal, y en sustitución del valor
fijo que se especifica en propiedades de elementos (Mod. de Young para la tabla Tens/def). Existen
diferentes tablas que se pueden definir, cada una solo operativa en determinados tipos de análisis:
Type
Factor vs Temp
Used As
Conductivity vs
Temp
Specific Heat vs
Temp
Convection vs
Temp
Heat Source vs
Temp
Modulus vs
Temp
LSA
LBA
•
•
•
•
•
•
Yield vs Temp
Stiffness vs
Temp
Thermal Exp.
Vs Temp
LIA
NLA
•
•
•
•
Load vs Time
Factor vs Time
Factor vs
Frequency /
Period
Factor vs
Position
Acceleration vs
Time
Strain vs Time
Modulus vs
Time
Conductivity vs
Time
Ambient Temp
vs Time
Heat Source vs
Time
•
•
•
•
•
•
NFA
HRA
SRA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
LTA
•
NTA
SHA
THA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Response vs
Frequency
•
Load vs
Position
Acceleration vs
Time
Force vs Disp.
•
•
•
•
•
Force vs
Velocity
Moment vs
Curvature
Moment vs
Rotation
•
•
•
•
Strain vs Time
Stress vs Strain
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QSA
Comandos de Straus7
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
LSA (Linear Static), LBA (Linear Buckling), LIA (Load Influence), NLA (Nonlinear Static), QSA
(Quasi Static), NFA (Natural Frequency), HRA (Harmonic Response), SRA (Spectral Response),
LTA (Linear Transient Dynamic), NTA (Nonlinear Transient Dynamic), SHA (Steady State Heat), THA
(Transient Heat).
Dado que en el curso que nos atañe solo utilizaremos la tabla Stress vs. Strain, a continuación se
explicará la edición de tablas sobre un ejemplo de tabla de tensión/deformación de un material
pétreo: En primer lugar se crea una tabla nueva y se le asigna un nombre. A continuación, se pueden
introducir los valores X (deformación), Y (tensión) en las unidades del proyecto, ordenadas de menor
a mayor (el valor menor corresponderá al valor de rotura en compresión, y el mayor, al valor de
rotura en tracción). En cualquier momento puedo insertar un nuevo valor delante del valor señalado
por el cursor (Insert), añadir uno nuevo al final (Add) o borrar el valor marcado por el cursor (Delete):
Una vez creada la tabla, podremos utilizarla en la asignación de materiales, como sustitución del
valor del módulo de Young y del coef. de Poisson.
Interpolación de datos: Straus7 interpola datos en los tramos de la tabla entre dos puntos o cuando
se exceda de los datos de la misma:
− Cuando el valor X se encuentra entre dos valores X de la tabla, se obtiene el valor por
interpolación lineal de los valores Y consecutivos.
− En puntos intermedios, el cálculo de gradientes en cada punto se realiza con el siguiente
criterio:
− Cuando el valor X se encuentra fuera de los datos introducidos, dependiendo del tipo de tabla
se utilizan tres tipos de método:
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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Tipo de tabla:
Factor vs Time
La simulación en el diseño de técnicas de rehabilitación de edificios
La tabla se continua
manteniendo el último
gradiente (grafico A)
La tabla se continua
manteniendo el último
valor Y (grafico B)
•
•
•
•
•
Factor vs Temp.
Factor vs Freq / Period
Factor vs Position
Acceleration vs Time
Strain vs Time
Stress vs Strain
Force vs Disp.
Moment vs Curvature
Moment vs Rotation
La tabla se continúa
con valor Y=0
•
•
•
•
•
Método “A”
Método “B”
− En tablas tipo “A”, si se pretende representar materiales perfectamente plásticos, se deberá
asignar el mismo valor Y en los dos últimos puntos:
En la asignación de propiedades no-lineales de elementos, la definición de materiales permite
determinar si un material es elástico o elásto-plástico (pestaña Nonlinear, en cuadro de asignación
de propiedades). Dependiendo de la elección efectuada, los efectos en las tablas son diferentes:
Von Mises
Tresca
Max Stress
Moment K
Axial Force/Disp.
Mohr Coloumb
Drucker Prager
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Nonlinear elastic
Elastic plastic
Rango positivo
Rango positivo
N/A
Rangos positivo y negativo
N/A
Comandos de Straus7
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Rango positivo
N/A
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Property: Dada la complejidad y extensión de este tema, se explica en el capítulo IV. Propiedades
de elementos
Solver
El Solver (módulo de cálculo) es la parte de Straus7 encargada de realizar el cálculo del modelo de
elementos finitos. Cada tipo de análisis y modelo requiere de un tipo específico de cálculo y por lo
tanto, un solver específico. Dado el contexto del curso, únicamente se explicarán los solvers que se
van a utilizar, como tampoco se explicará el mecanismo matemático que describe cada uno de ellos.
Opciones comunes: Algunos parámetros son comunes a los 3 solvers estudiados:
Start:
Storage Escheme: indica al solver el sistema de tratamiento de la matriz de rigidez: Skyline;
Direct; Sparse; Iterative (PCG).
Node Ordering: renumera los nodos del modelo de forma automática para optimizar el tamaño de
la matriz de rigidez y reducir el tiempo de cálculo. Esta renumeración solo se utiliza para el
cálculo, y no se transmite al modelo, por lo que si se realiza desde Tools: reorder Nodes,
podemos ahorrarnos este proceso en el cálculo.
None: no se renumera
Geometry, Tree & AMD: Æ ver Tools: Reorder Nodes
Results: en este menú se determina cuales resultados se registran en el fichero de resultados
generado por el solver. Únicamente se podrán consultar desde el Post Processing los resultados que
hayan sido marcados.
Calculate: aquí se marcan los resultados que se desea consultar en el Post Processing. En
cada tipo de solver encontramos diferentes opciones:
(Nótese que los resultados de deformaciones –…Strain- no están activados por defecto)
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Comandos de Straus7
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Stress Limits: si se indica un valor, únicamente se guardan los resultados de aquellos
elementos cuya tensión supere dicho valor. Esta opción es interesante, después de realizar
un primer cálculo, para estudiar el comportamiento de aquellos elementos que excedan una
cierta tensión.
Group Selection: se indican los grupos de elementos del modelo para los que se guardan los
resultados definidos en Calculate. De los grupos desactivados, no se podrán consultar
resultado alguno.
Property Selection: aquí se indica que resultados en función de las propiedades de elementos
en el modelo serán guardadas en el archivo de resultados.
Files: nombre y carpeta para los ficheros generados por el solver.
Bandwith: muestra el tamaño y forma de la matriz según los distintos sistemas de reordenamiento de
nodos y compactación de la matriz de rigidez.
Defaults: permite cambiar algunos parámetros que controlan los algoritmos de cálculo (por lo general,
los valores por defecto son válidos, por lo que no es necesario modificarlos).
Solver Linear Static: Es el solver mas utilizado. Considera que el comportamiento del modelo es
lineal (los materiales se comportan según la ley de Hook), que los desplazamientos debidos a las
deformaciones son inapreciables en relación al tamaño del modelo, y que las cargas son estáticas
(su magnitud y dirección no cambian con el tiempo).
El menú desplegable ofrece las siguientes opciones:
Parameters:
Property Temperature Dependence: determina como influye la dependencia de la temperatura en
las propiedades de los materiales empleados (cuando se ha definido una tabla Factor vs
Temperature)
Active Stage: se puede activar el cálculo para una sola de las etapas (Stages) definidas.
Load Cases: determina que combinaciones de estados de carga (Load Case) y estados de
coacción (Freedom Case) se van a utilizar en el cálculo (por defecto, todos).
Solver Linear Buckling: este solver permite calcular el factor de carga de una estructura a pandeo.
Parameters:
Freedom Case: en el análisis de pandeo, únicamente un caso de coacciones puede ser utilizado.
Si se han definido varios en el modelo, aquí se determina cuál se debe usar.
Initial Conditions: permite designar el fichero de solución del cálculo y la etapa de carga que se
utilizarán para el cálculo del pandeo.
Modes: determina el número de modos de pandeo (buckling modes) que se utilizarán en el
cálculo.
Solver Non Linear Static: este solver permite el análisis de un modelo con comportamiento nolineal. Para Straus7, existen 3 tipos diferentes de no linealidades:
− No linealidad geométrica: el modelo varía sensiblemente su forma a lo largo del análisis. Se
producen deformaciones y desplazamientos significativos en relación al tamaño del modelo.
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− No linealidad de material: los materiales empleados, ya no siguen la ley de Hook, y por lo tanto
admiten plasticidad e incluso comportamiento diferente (no simétrico) en los campos de
deformación negativa (compresiones) y positiva (tracciones), característica ésta típica de los
materiales pétreos y los morteros.
− No linealidad de condiciones de contorno: se refiere a
Parameters:
Property Temperature Dependence: determina como influye la dependencia de la temperatura
en las propiedades de los materiales empleados (cuando se ha definido una tabla Factor
vs Temperature)
Non Linear Geometry (GNL): en algunos análisis, se debe activar esta opción, que permite al
programa analizar los resultados sobre la geometría en estado deformado. Dado su alto
consumo de tiempo de cálculo, únicamente se debe activar cuando la definición del modelo lo
requiera (por ejemplo, en análisis de contacto, o cuando existan grandes deformaciones y/o
desplazamientos).
Non Linear Material (NLM): solo se debe activar si el modelo incluye materiales con
definiciones no lineales a través de tablas.
Initial Conditions: especifica el fichero de solución y el incremento de carga que se utilizarán
como punto de partida en el cálculo (si no se definen, el cálculo se inicia desde el principio, en
la primera etapa y el primer incremento de carga).
Load Increments: en el cálculo no lineal, existe la posibilidad de establecer etapas de cálculo
con diferentes incrementos de carga, desde 0 hasta la carga total establecida (1) para cada
caso de carga (load case).
Dado el tipo de cálculo que se realiza, en cada etapa se parte de los resultados obtenidos en
la etapa anterior. Esto significa que en casos de grandes deformaciones y/o desplazamientos,
cuantas mas etapas de cálculo se definan, mayor precisión se alcanzará, pero mayor tiempo
se empleará en el cálculo.
El menú desplegable que aparece, muestra las diferentes opciones y parámetros relativos a
los incrementos de carga. El cálculo puede realizarse con las etapas de construcción
definidas en Global Æ Stages o no:
- Load Increments SIN Stages: únicamente se deberán el número de etapas de cálculo e
introducir los factores aplicables a cada caso de carga (Load Cases) y casos de coacciones
(Freedom Cases) establecidos en el modelo (figura izquierda).
- Load Increments CON Stages: en esta opción, aparecen listados a la izquierda las etapas
de construcción definidas en el modelo, y en la parte inferior, los grupos de elementos que
intervienen en cada etapa. La asignación de los diferentes factores de carga se realiza de
forma idéntica al caso anterior, pero para cada etapa de construcción (figura derecha).
Load Increments SIN Stages
Straus7 R 2.4.1
Load Increments CON Stages
Comandos de Straus7
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Results: Dada la complejidad y extensión de este tema, se explica en el capítulo VII. Post
Processing: Análisis de resultados
Window
Tile Horizontally- Vertically: organiza las ventanas de trabajo de proyectos abiertos en horizontal o
vertical
Normalise All: maximiza todas las ventanas de trabajo, dejando vista la activa.
Window Border: oculta el borde de la ventana de trabajo.
Normalise: maximiza la ventana de trabajo activa.
Straus7 R 2.4.1
Comandos de Straus7
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BARRA SUPERIOR DE ICONOS DE ACCESO DIRECTO (COMANDOS-1)
1. Gestión de archivos
New File: crea un fichero nuevo de trabajo Straus7, y abre un cuadro de diálogo para definir
el sistema de unidades de trabajo. Se pueden definir unidades eligiendo uno de los sistemas
(SI, N/mm, etc), o bien se puede indicar el tipo de unidad para cada magnitud, en función del
tamaño del modelo, sus características y el tipo de análisis que se vaya a realizar:
Open: abre un fichero existente Straus7.
Save: guarda la información actual en el ordenador en el path especificado.
Print Preview: abre un cuadro de diálogo con las opciones de impresión y una vista previa
del documento a imprimir.
Undo, Undo List y Redo: con la opción “Undo List” se puede retroceder hasta un
punto concreto de la edición.
Cut, Copy y Paste: solo es operativo dentro de Straus7. Permite cortar, copiar y pegar
información en pantalla, pero solo en modo Pre Proccesing. Las entidades seleccionadas y
guardadas en el portapapeles con Cut o con Copy pueden ser pegadas con Paste en el
archivo actual o en cualquier otro abierto. Para ello, se abre un cuadro de diálogo que permite
establecer diferentes parámetros:
Adjust: rotación, traslación y escala de las entidades pegadas.
Anchors: define un punto, dirección y plano de origen y destino.
Options: determina como en el proceso de pegado se transfieren las combinaciones de
acciones, las propiedades de las entidades y los Load Path, así como si se pegan los
atributos de los elementos o no.
2. Visualización modelo en pantalla
Redraw (F3): redibuja el modelo según la base de datos, y lo reescala-centra para ajustarlo a
la ventana de trabajo.
Dynamic Rotate (F4): abre un cuadro de diálogo con una serie de comandos que modifican
parámetros de visualización en pantalla de forma dinámica. Por defecto, se realiza sobre el
modelo de alambre, aunque puede hacerse con el modelo sólido (View Options Æ Dynamic
Rotation), pero puede ser muy lento si el modelo es grande.
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Rotate r XY (botón izquierdo): gira el modelo alrededor del punto de giro por defecto
(este punto se puede cambiar con la opción Origin a cualquier nodo del modelo).
Con los comandos r X – r Y, podemos rotar el modelo sobre los ejes X ó Y.
Zoom (botón derecho): modifica el zoom de la ventana.
Pan (botón izq+drcho): desplaza el modelo por la ventana (pan).
Scale (Ctrl + botón izqdo): sólo si está cargado un fichero con resultados Æ modifica el
valor de escala de la deformada del modelo.
Centre: reescala y centra el modelo en la ventana (equivalente a Redraw en el modo
normal).
Reset: recupera la vista presentada al abrir el cuadro Dynamic.
OK: finaliza y regresa al modo normal.
Para salir de éste modo, basta con pulsar la tecla ESCAPE
Refresh Display (F5): Sólo redibuja el modelo, corrigiendo posibles imperfecciones de
representación después de editar el modelo (por ej. al borrar una entidad).
Zoom In (F6) y Zoom Out (F7) Windows: zoom de ventana por dos puntos.
Pan (F10): desplazamiento en pantalla por dos puntos.
Zoom In – Out: amplia o reduce el modelo en pantalla según el porcentaje definido en
“View Options Æ Drawing Æ Zoom Ratio”.
Zoom Last (F8): recupera la vista anterior.
3. Selección de entidades
Las siguientes herramientas de selección de entidades solo afectan a aquellas entidades que
estén activas en el modo de selección “Toggle Entitie Select”, en esta misma barra de comandos:
Toggle Entitie Select: Las selecciones de entidades
realizadas con cualquiera de los métodos siguientes, únicamente afectarán a las entidades
activadas en estos iconos:
Node,
Beam,
Plate,
Brick, Link, Vertex,
Geometry
y
Path.
El estado de selección actual de selección se muestra en la barra de información que aparece en
la parte inferior de cada ventana, que indica el número de entidades de cada tipo en el modelo
(en negro) y el número de entidades seleccionadas (en rojo):
Los parámetros de selección se fijan en el cuadro “View Options Æ Selecting”. Es muy importante
controlar en TODO MOMENTO si existen entidades seleccionadas, con el objeto de no aplicar
comandos a entidades que no se pretenda modificar.
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Select: Selección de entidades aisladas. Con éste modo se seleccionan las entidades una a
una, o bien mediante una ventana por dos puntos (todas las entidades que estén parcial o
totalmente en la ventana de selección). Cuando existan mas de una entidad en la posición del
puntero, se selecciona únicamente la más próxima, no pudiéndose seleccionar aquellas
entidades que queden ocultas por otras.
Select All: selecciona todas las entidades pertenecientes a grupos activos en pantalla.
Select by Region: es el sistema más utilizado,
pues permite seleccionar todas las entidades
encerradas (parcial o totalmente) en una región
3D determinada por dos o más puntos existentes
(nodos o vértices). La región es diferente según
elija un sistema de coordenadas UCS u otro en el
cuadro:
Cartesian: región rectangular definida por dos o
tres puntos en los vértices de la región. El ajuste
de la región (flechas) afecta a cada uno de los
ejes de la misma, aumentando o disminuyendo
de forma dinámica su dimensión.
Cylindrical: región cilíndrica definida por el centro
y un punto de la circunferencia de base, y la
altura del cilindro. El ajuste de región modifica la dimensión del radio de la base el ángulo del
sector horizontal (Theta) y la altura.
Spherical: región esférica, definida por el centro, ángulo horizontal (Theta) y ángulo vertical
(Phi). El ajuste de región modifica de forma dinámica el radio de la esfera, y los ángulos Theta
y Phi.
Select Partially Enclosed: si está activo, también se incluyen en la selección las entidades que
sólo estén parcialmente dentro de la región.
Select by Property: permite seleccionar las entidades que tienen una propiedad, una serie
de ellas, o una horquilla determinada de propiedades.
Select by Group: permite seleccionar aquellas entidades de un grupo o grupos
determinados.
Select Free Entities: En ocasiones, durante el proceso de mallado pueden quedar entidades
desconectadas o Free Entities, que no comparten ningún nodo con otra entidad. Para
localizarlas y seleccionarlas se utiliza este modo de selección.
Select Conected Entinties: eligiendo una entidad del modelo (de cualquier tipo, aunque no
se corresponda con el tipo de entidad activa en el modo de selección), se seleccionan
automáticamente todas las entidades conectadas a aquella.
Clear All Selections: Permite limpiar TODAS las selecciones realizadas en el modelo. Solo
se limpiarán las selecciones de entidades que estén visibles en ese momento.
Toggle Select / Always Select / Always Clear: afecta a los modos de selección
anteriores, de tal forma que una nueva selección cambia el estatus de la entidad (toggle
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select), o bien la selecciona aunque ya estuviese seleccionada (always select), o bien la
deselecciona en cualquier caso (always clear).
Additive/Exclusive Toggles: permite seleccionar diferentes tipos de entidades en una misma
operación (Additive) o no (Exclusive). Esta opción determina si los iconos de la barra Toggle
Entitie Select pueden activarse en conjunto o de un tipo cada vez.
4. Visualización de resultados (Post Proccesing)
Dada su importancia y complejidad, se estudian con detalle en capítulo aparte (“Post Proceso”).
Open/Close Result Files: abre/cierra los ficheros de resultados de simulación asociados
al modelo en pantalla. Esta opción abre el modulo Post Proccesing, o visualizador de
resultados, y cierra el módulo de edición del modelo (Pre Proccesing module).
Results Settings: abre un cuadro de diálogo que permite definir qué resultados se sea
visualizar y los parámetros de visualización.
Displacement Scale: determina la escala de la deformada del modelo.
Peek: permite consultar todos los resultados obtenidos del cálculo en una entidad
concreta.
Graphs: crea gráficas personalizadas de resultados.
Listings: muestra un listado completo de todos los datos y resultados de todas las
entidades del modelo.
ACCESO DIRECTO CON EL BOTÓN DERECHO DEL RATÓN (COMANDOS-2)
Diferenciamos las opciones GENERALES (siempre activas), y las opciones en POST PROCCESING,
únicamente accesibles cuando previamente se ha calculado un modelo y se ha cargado el fichero
correspondiente de resultados:
(En éste apartado no se explicarán las opciones correspondientes al modo de Post Proccesing, que
por su importancia y complejidad se detallan en capítulo aparte –cap. VII-).
OPCIONES GENERALES
Redraw: redibuja el modelo según la base de datos, y lo reescala-centra para ajustarlo a la
ventana de trabajo.
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Dynamic: abre un cuadro de diálogo con una serie de comandos que modifican parámetros de
visualización en pantalla de forma dinámica. Por defecto, se realiza sobre el modelo de alambre,
aunque puede hacerse con el modelo sólido (View Options Æ Dynamic Rotation), pero puede ser
muy lento si el modelo es grande.
Refresh: Sólo redibuja el modelo, corrigiendo posibles imperfecciones de representación
después de editar el modelo (por ej. al borrar una entidad).
Angles: abre un cuadro de diálogo que permite definir la vista del modelo a través de vistas
predefinidas o bien a través de los ángulos respecto a los ejes coordenados XYZ. Cualquier vista
definida en este cuadro, puede guardarse como View 1, 2…6 (en User), y recuperarla en cualquier
momento:
Multiview: Straus7 ofrece la posibilidad de mantener abiertas varias ventanas de trabajo
simultáneas, que operan de forma independiente. Cualquier modificación del modelo realizada en
una de ellas, automáticamente se representa en las demás. Se abre un cuadro de diálogo que
permite dividir la pantalla en 2 o más ventanas simultáneas. Cada ventana opera de forma
independiente, tanto a nivel de zoom, encuadre y vista, como a nivel de gráficas de resultados (en
postprocesing):
Entity Display: abre un cuadro de diálogo cuyo fin es el de determinar la forma en la que se
visualizan las diferentes entidades del modelo. Para cada entidad se abre un cuadro específico,
pulsando el icono correspondiente en la barra superior del cuadro de diálogo (ver explicación
detallada en COMANDOS-A)
Attribute Display: abre un cuadro de diálogo que permite establecer como se representan en
pantalla los atributos asignados a cada elemento del modelo. Los atributos varían según se trate de
un tipo de elemento u otro (ver explicación detallada en COMANDOS-A).
View Options: Abre un cuadro de diálogo que permite definir una serie de parámetros relativos a
la visualización en pantalla del modelo. Las pestañas del cuadro abren las diferentes opciones de
las que se dispone (ver explicación detallada en COMANDOS-A).
Groups: abre un cuadro de diálogo que permite gestionar la organización en grupos de las
entidades del modelo (de modo similar a los sistemas de “capas”). El cuadro representa la
estructura de grupos y subgrupos, su estado y color (ver capítulo VI: Comandos, apartado
Global).
Show by Type/Property: se trata de un filtro de visualización de entidades en función de la
propiedad asignada a los elementos (beams, plates, bricks y geometry) o del tipo de entidad de que
se trate (links y tipos de geometrías):
Show All Entities: Visualiza la totalidad de entidades del modelo. Esta opción activa todos los
parámetros de visualización en todas las opciones anteriores.
Window Border: al activar esta opción (por defecto), aparece el borde superior de la ventana con el
path completo y nombre del trabajo en curso. Este borde permite redimensionar y recolocar la
ventana.
Normalise: ajusta automáticamente la ventana a la pantalla.
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BARRA LATERAL IZQUIERDA DE ICONOS PARA OPCIONES (COMANDOS-3)
La barra lateral izquierda de la pantalla contiene una serie de iconos que activan o desactivan la
visualización de las distintas entidades que maneja el programa:
Snap Grid: la rejilla de puntos de apoyo en el sistema de coordenadas Global o UCS.
Nodes, Beams, Plates y Bricks: Activa la visualización de los elementos del
modelo.
Links: elementos de unión
Node and Vertex Attributes: atributos de nodos (modelo) y vértices de la geometría.
Element and Face Attributes: atributos asignados a elementos (modelo) y a caras de la
geometría.
Vertex and Geometry: activa la visualización de los vértices, líneas y superficies de la
geometría.
Load Paths: líneas de cargas móviles.
Selected, Unselected: visualiza u oculta los elementos del modelo seleccionados y los
que no están seleccionados.
Beam Free Ends: extremos de elementos beam que no están conectados a otros elementos.
Plate Free Edges: bordes de elementos plate que no están conectados a otros elementos (son
normalmente las aristas del modelo de plates).
Plate T-Junctions: aristas en las que concurren 2 o mas elementos plate.
Brick Free Edges: bordes de elementos brick que no están conectados a otros elementos (son
normalmente las aristas “vivas” del modelo de bricks).
Link Free Ends: extremos de los elementos de unión que no están conectados a otros
elementos.
Face Free Edges: bordes de las superficies de la geometría que no están conectados a otros
elementos geométricos (son normalmente las aristas del modelo geométrico).
Face T-Junctions: aristas en las que concurren 2 o mas superficies geométricas.
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BARRA INFERIOR de ESTATUS DEL MODELO (COMANDOS-4)
La barra inferior es una barra de estatus del modelo activo:
Entidades: muestra el número de entidades total de cada tipo en el modelo, y entre paréntesis (y
remarcado en rojo) el número de entidades que están seleccionadas.
Æ hay 13466 elementos tipo brick, de los cuales 860 están seleccionados.
Es muy importante antes de realizar una acción sobre el modelo, comprobar que no existen
seleccionadas entidades de un tipo que no debe ser modificado.
Si se pincha en uno de los ítems, se despliega un cuadro que muestra un resumen detallado del
número de elementos (del tipo al que hace referencia el item pinchado).
Ejemplo de cuadro resumen de elementos brick
Cuadro de unidades
Unidades: muestra las inciales de las unidades elegidas para el modelo. Al pinchar en el item, se
despliega un cuadro con las unidades empleadas:
Vista: indica los valores de los ángulos X, Y y Z de la vista actual en pantalla. Si se pincha el ítem, se
despliega el menú de definición de vistas (ver comandos: View Æ View Angles).
Deformada: indica el factor de deformación del modelo (solo en modo Post Proccesing). Al pinchar el
ítem, se despliega el menú correspondiente (ver Post Proccesing: Displacement Scale).
Modelo: muestra el grupo de elementos que está por defecto (sobre el que se colocan las entidades
nuevas que se crean).
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VII. POST PROCESSING: ANÁLISIS DE RESULTADOS
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VII. POST-PROCESSING: ANÁLISIS DE RESULTADOS
Una vez concluido el cálculo de una simulación, si éste ha sido satisfactorio (no se registran errores),
se genera un archivo de resultados en la carpeta de trabajo que podemos abrir desde Results Æ
Open Results File. Desde Straus se pueden visualizar los resultados de los análisis sobre el propio
modelo de diversas formas: este proceso es al que denominamos Post-Processing.
La extensión del archivo de resultados indica el tipo de análisis que
se ha realizado:
LSA
NLA
LBA
QSA
NFA
HRA
SRA
LTA
NTA
SHA
THA
Linear Static Analysis (*)
Nonlinear Static Analysis (*)
Linear Buckling Analysis (*)
Quasi Static Analysis
Natural Frequency Analysis
Harmonic Response Analysis
Spectral response Analysis
Linear Transient Dynamic Analysis
Nonlinear Transient Dynamic Analysis
Steady Heat Analysis
Transient Heat Analysis
(*) Estos serán los mas frecuentes en nuestro trabajo
Result Settings: Es la opción general del Post-Processing, que permite establecer qué resultados
se quiere visualizar y de que forma deben presentarse de forma gráfica sobre el modelo. Al elegir
esta opción, se despliega un cuadro de diálogo cuya configuración dependerá del tipo de modelo
analizado y del tipo de análisis realizado.
Existen varias formas de mostrar gráficamente los resultados sobre el modelo: Contour, Vector y
Diagram:
Contour: muestra los resultados solicitados, codificados por colores en el propio modelo, de tal
forma que en cada punto del modelo, el color representa una horquilla de valores determinada.
Los valores que pueden mostrarse mediante Contour son diferentes según se trate de elementos tipo
Beam, Plate o Brick:
Displacement
Node Reaction
Force/Moment
Stress
Strain
Strain/Curvature
Energy Density
Force
Moment
Curvature
User
Straus7 R 2.4.1
Beam
X
X
X
X
X
X
Plate
X
X
Brick
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Post Processing: Análisis de resultados
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Displacement: valores del desplazamiento (D) o rotación (R) de cada punto en
relación al nodo designado (por defecto el 0), y medido sobre uno de los ejes
del sistema de coordenadas globales (Global) o definido por usuario (UCS):
Node Reaction: valor de la reacción (fuerza F o momento M) en cada nodo de
cada elemento, medido sobre uno de los ejes del sistema de coordenadas
globales (Global) o definido por usuario (UCS).
Force/Moment (solo para Beam): muestra los valores de esfuerzo axil (Axial
Force), esfuerzo cortante (Shear Force), momento flector (Bending Moment) o
momento torsor (Torque) del elemento beam en cada punto. Los valores de
momento y cortante se miden sobre uno de los 2 planos paralelos al eje del Beam (y perpendiculares
entre si), tanto en el sistema de ejes principal del modelo, como en el local del elemento.
Stress: muestra el valor de tensión en cada punto del modelo. Esta opción permite obtener el valor
del stress de multitud de formas diferentes según se trate de elementos beam, plate o brick:
Stress en BEAM:
− Axial: tension debida a esfuerzos axiles sobre el elemento
− Bending Plane (1 o 2): tension debida a momentos flectores
− Total Fibre: tensión total en la dirección del elemento = suma de Bending Plane y Axial
− Transverse Shear (Plane 1 o 2): tensión debida a esfuerzo cortante
− Average Shear (Plane 1 o 2): valor medio de Transverse Shear para cada sección del
Beam.
− Maximum Torsional: Valor máximo de la tensión debida a momento torsor.
− Min & Max Principal (Circular Only): valor mínimo y máximo de tensión principal en una
sección circular. Contempla todas las tensiones existentes, salvo las producidas por
esfuerzos cortantes.
− Pipe Hoop: tension circular (solo para tubos)
− Yield Ratio: indica el porcentaje (en tanto por 1) de la sección que ha alcanzado (o
superado) el límite de elasticidad del material.
Stress en PLATE:
Nota: según se trate de un tipo de elemento plate u otro, los valores de tensiones aparecerán
en las 3 direcciones principales o únicamente en los 2 ejes del plano del elemento. Para los
elementos tipo Plate Shell, el contour representa los valores del plano medio, salvo que se
represente el modelo como solid o se indique el plano de resultados (+z o –z).
− xx, yy, zz: componente de la tensión normal (en el sistema de coord local, global y UCS).
− xy, xz, yz: componente del cortante (en el sistema de coordenadas local, global o UCS).
− Mean: tension media
− Dev[xx], Dev[yy]: Deviatoric Stress
− Edge/Face Support:: tensión de aplastamiento del edge o face (cuando se ha aplicado la
función Support a dicho eje o cara).
− 11, 22 (Combined): tension maxima y mínima principal (compresiones y tracciones)
− Von Mises, Mohr Coulomb, Tresca, Drucker Prager: tension principal según modelos de
Von Mises, Tresca, Mohr-Coulomb o Drucker Prager
Straus7 R 2.4.1
Post Processing: Análisis de resultados
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− Yield Index: indica si se ha alcanzado el límite elástico (1) o no (0) en los puntos
gaussianos.
Stress en BRICK: idem a Plate salvo:
− Face Support:: tensión de aplastamiento de la cara del elemento (cuando se ha aplicado
la función Support a dicha cara)
− 11, 22, 33 (Combined): tensiones principales (compresiones, cortante y tracciones)
Brick Stress combined von Mises
Strain:
Strain en Plate:
− xx, yy, zz: componente de la deformación nomal (en el sistema de coord local, global y
UCS).
− xy, xz, yz: componente de la deformación por cortante (en el sistema de coordenadas
local, global o UCS).
− 11, 22 (Combined): deformación maxima y mínima principal (por compresión y tracción)
− Von Mises, Tresca: deformación principal según modelos de Von Mises o Tresca
− Mean: deformación media
− Plastic Strain: deformación plástica
Strain en Brick: idem a Plate salvo:
− 11, 22, 33 (Combined): deformaciones principales (por compresión, cortante y tracción)
− Von Mises, Tresca: deformación principal según modelos de Von Mises o Tresca
− Mean: deformación media
− Plastic Strain: deformación plástica
Strain/Curvature (solo en beam):
− Axial Strain: deformación axial
− Curvature Plane 1, 2: curvatura del beam en el planos principal 1 o 2 (unidades: 1/long)
− Twist: angulo relativo de torsión entre los dos extremos del beam
Energy Density: energía de deformación del elemento
− Stored: energía almacenada en la deformación
− Spent: energía empleada en la deformación
Force (solo en Plate):
− xx, yy, zz: Valores de componentes de fuerza en los sistemas de coordenadas Local,
Global y UCS
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Post Processing: Análisis de resultados
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− xy, yz, zx: Valores de componentes de la fuerza de cortante en los sistemas de
coordenadas Local, Global y UCS
− 11, 22 (Combined): fuerza principal máxima y mínima en el plano del plate.
− Von Mises, Tresca (Combined): fuerza principal según criterio VM y Tresca.
Moment (solo en Plate): muestra el valor del momento flector y torsor del elemento Plate:
− xx, yy, zz: Valores de componentes de momento flector en los sistemas de coordenadas
Local, Global y UCS
− xy, YZ, ZX: Valores de componentes de momento torsor en los sistemas de
coordenadas Local, Global y UCS
− 11, 22 (Combined): valores máximos y mínimos de Moment.
− Von Mises, Tresca (Combined): valores de Moment según modelos de Von Mises y
Tresca
Curvature (solo en Plate): muestra el valor de curvatura del plate deformado.
− Valores de componentes de Curvature en los sistemas de coordenadas Local, Global y
UCS
− 11, 22 (Combined): valores máximos y mínimos
− Von Mises, Tresca (Combined): valores de Curvatura según modelos de Von Mises y
Tresca
User: permite definir una función personalizada de obtención de valores de Stress o Strain de cada
elemento:
Configuración de la opción CONTOUR:
Element Result Display: abre un cuadro de diálogo que permite establecer los parámetros de
visulalización de los contornos de valores:
Straus7 R 2.4.1
Post Processing: Análisis de resultados
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Style: opción de colores y color del contorno para aquellos valores que se salgan de los
límites Max y Min establecidos en Limits.
Limits: se pueden establecer valores límites (User Range). En caso de hacerlo, los valores
que sobrepasen dichos límites se representarán en un solo color, permitiendo con ello
localizar las zonas con sobretensiones, flechas excesivas, etc. Con Number of Contours, se
establece el nº de colores que aparecerán entre el máximo y el mínimo.
Legend: posición, apariencia y tamaño de la leyenda de valores.
Vector: muestra los resultados solicitados mediante vectores cuya orientación y color indican las
direcciones principales y la magnitud. Este sistema es muy indicado para visualizar la variación de
intensidad y dirección de un parámetro a lo largo de la superficie de un modelo.
Los valores que pueden mostrarse mediante Vector son diferentes según se trate de elementos tipo
Beam, Plate o Brick:
Displacement
Node Reaction
Node Force
Stress
Strain
Force
Beam
X
X
X
Plate
X
X
X
X
X
X
Brick
X
X
X
X
X
Displacement/Node Reaction/Node Force: Esto 3 parámetros indican mediante el color y módulo del
vector el valor del desplazamiento (Displacement), reacción (Node Reaction) o fuerza (Node Force)
en cada nodo de cada elemento. Los vectores se representan en los nodos, y su dirección indica la
dirección de la magnitud.
Components (1, 2, 3): indica los ejes del sistema de coordenadas globales sobre los que se
desea mostrar los componentes de la magnitud:
Cartesiano
1–X
2–Y
3–Z
Cilíndrico
1–R
2–θ
3–Z
Stress/Strain/Force: Estos 3 parámetros indican mediante el color del vector el valor de la tensión
(Stress), deformación (Strain) o fuerza (Force) de cada elemento. Los vectores se representan en el
centroide de cada elemento, y su dirección indica la dirección de la/s componente/s señaladas en el
cuadro de diálogo (11, 22 y 33). El módulo de los valores permanece constante.
Diagram: Únicamente disponible para elementos Beam, pues permite visualizar los resultados de
Force/Moment mediante diagramas asociados a cada barra.
Los resultados que pueden visualizarse mediante esta opción son:
Axial Force: esfuerzo axil
Shear Force: esfuerzo cortante
Bending Moment: momento flector
Torque: momento torsor
En la parte superior de la pantalla, se indican los valores máximos y mínimos (de los elementos
visualizados), así como el código de los elementos con dichos valores.
Tanto el Bending Moment como el Shear Force, pueden representarse en los dos planos principales
de cada beam (los dos planos paralelos al eje del elemento, y perpendiculares entre sí).
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Post Processing: Análisis de resultados
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Opciones de Diagram
Ejemplo de diagrama de momentos en Plane 2 de un pórtico
Diagram Options: opciones de representación de los diagramas en Beams:
Draw as: Single Line (la línea de contorno del diagrama) o Hatched (diagrama rayado según
se indica en Slices).
Relative size: para escalar el diagrama
Displacement Scale
Esta opción permite determinar el factor de escala con el que se representa el
modelo deformado. Puede establecerse de dos formas: como % (Percent Scale) o
como valor absoluto o multiplicador de la magnitud real de deformación (Absolute
Scale). En este caso, un valor de 1 representara la deformada en su escala real.
Con Add Undeformed, se superpone el modelo SIN deformar, en modo inalámbrico.
Reference Displacement
Permite establecer la referencia (origen) del valor de desplazamiento de los nodos:
None: no se establece referencia alguna
Previous Case: los desplazamientos serán relativos al incremento de carga anterior o escalón de
tiempo (time step). Con ello se puede ver la influencia de cada escalón.
Specific Case: los desplazamientos serán relativos a un incremento de carga o escalón de tiempo
concreto.
Create Animation
Crea una animación del modelo desde el estado inicial (descargado) hasta el final. La animación
representa tanto la deformación progresiva del modelo como la variación de los resultados obtenidos
en pantalla.
La animación creada, puede exportarse al formato propio de Straus (.saf), o al formato “avi”. También
puede generarse un archivo autoejecutable.
Existen 2 modos:
Single Case: la animación se realiza sobre el escalón de carga en pantalla, interpolando el nº
de fotogramas deseado (hasta máximo 50).
Multi Case: genera un fotograma por cada escalón de carga.
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PeekEsta opción permite obtener todos los resultados de un elemento seleccionado (node, beam,
plate, etc).
PeekÆNode: Resultados Peek para un elemento tipo Node. Los valores pueden ser mostrados
sobre el sistema de coordenadas Global (XYZ), o sobre un sistema UCS establecido:
Displacement: desplazamiento y rotación en todas las componentes.
Reaction (Nod): fuerzas y momentos de reacción en los nodos.
Reaction Sum: suma de reacciones en varios nodos (previamente seleccionados con las
herramientas de selección generales)
PeekÆBeam : Resultados Peek para un elemento tipo Beam señalado:
End Force: indica los valores de fuerza y momento en los dos extremos del beam. Los valores
se expresan en los sistemas de coordenadas local (x, y, z) y global (X, Y, Z), así como en los
ejes principales del elemento (1, 2, 3)
End Strain: indica los valores de deformación de los dos extremos en el eje del elemento
(axial), las curvaturas en los planos 1 y 2, y la deformación por torsión (twist).
Node Force: indica los valores de fuerza y momento en los dos nodos del beam. Los valores
se expresan en los sistemas de coordenadas local (x, y, z) y global (X, Y, Z), así como en los
ejes principales del elemento (1, 2, 3)
Displacement: indica los desplazamientos y giros de los extremos y puntos intermedios del
beam, expresados en los ejes locales, globales o principales. El nº de puntos depende del
valor de “slices” (zona inferior de la ventana).
Stress: representa un nº determinado de secciones del beam, con indicación por color de
tensión de flexión, de cortante, torsión, etc, en cada punto de cada sección. En caso de elegir
una sola sección (por defecto), puede indicarse la posición de dicha sección en el elemento.
Beam Stress
Beam Plane 1, 2
Energy:
Release: valores de relajamiento de los extremos (translaciones y rotaciones).
Plane 1, 2: diagramas de cortantes y momentos del beam. Indica los valores máximo y
mínimo, y con el curso se pueden obtener los valores de cualquier punto de las gráficas.
Plane x, y: idem Plane 1, 2, pero en los planos x, y.
Axial: con el mismo formato que Plane, indica los valores de fuerza axil y torsor del beam.
Cable XYZ: muestra la posición del elemento cable a lo largo de puntos intermedios.
PeekÆPlate: Resultados Peek para un elemento tipo Plate. Indica para el plate señalado, los valores
de desplazamiento, tensión, deforemación, momento, etc. Se indican los valores para cada nodo y
para el centroide del plate, resaltando los valores máximos (rojo) y mínimos (azul). Todos los valores
se expresan para cada punto (filas) en diferentes ejes, planos o modelos (columnas), tal y como se
detalla a continuación para cada magnitud:
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Displacement: desplazamiento en sistema Global (XYZ) o UCS
Stress: tensión en sistema local (xyz), Global (XYZ), UCS o Combinado (11, 22, von Mises,
Tresca, etc)
Strain: deformación (idem stress)
Node Force:
Energy:
Force: fuerza en cada punto (idem stress)
Moment: momento en cada punto (idem stress)
Curvature:
Creep Strain:
Composites:
Temp. Grad:
User:
PeekÆBrick: Resultados Peek para un elemento tipo Brick: muestra los siguientes resutados:
Displacement (en Global o UCS) –mismos ítems que en ContourStress (Local, Global, UCS o Combined) -mismos ítems que en ContourUser
Graphs: Esta opción nos permite obtener resultados en forma de gráficas que pueden ser
impresas o exportadas. Las gráficas quedan archivadas, de tal forma que al modificar el modelo y
rehacer el cálculo, las gráficas se actualizan de forma automática, sin necesidad de volver a
definirlas.
En cada gráfica es posible superponer diferentes lineas de datos provenientes de diferentes
posiciones, como por ejemplo, las tensiones en diferentes secciones paralelas de un elemento (ver
ejemplo).
En primer lugar hay que introducir el nombre y tipo de la gráfica nueva:
Graph Vs Position: la gráfica muestra los resultados encontrados a lo largo de una línea
marcada por sus extremos.
Graph Vs Result Case: la gráfica muestra los resultados en un solo punto, pero a lo largo de
los diferentes pasos de cálculo o casos definidos.
Graph Vs Series of Points: la gráfica muestra los resultados encontrados a lo largo de una
serie de puntos elegidos uno a uno (no necesariamente situados en línea).
A continuación hay que elegir el parámetro a representar y los puntos (Position) que determinan los
valores en el modelo.
En el ejemplo siguiente, se han realizado dos graficas de una pieza rectangular biapoyada sometida
a flexión, mostrando los resultados de tensión Global XX (eje de la pieza). La gráfica superior
muestra los valores de la cara superior, media e inferior de la pieza, desde su extremo apoyado
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hasta el punto medio. La gráfica inferior muestra los valores de la sección transversal media. En
ambas, uno de los ejes muestra las tensiones y el otro la distancia al punto origen.
Listings: permite obtener los resultados de todos los elementos en formato de listado.
Results Options: permite establecer diferentes opciones relativas a la presentación de resultados.
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