UNIVERSIDAD CATOLICA DE HONDURAS NUESTRA NUESTRA SEÑORA REINA DE LA PA Z CAMPUS SAN PEDRO Y SAN PABLO
Capacitación: Uso básico RISA-3D Octubre 2013
Preparado por: Msc. Ing. Yaneth S. Rivera H.
ndice Página
Comenzando a usar el programa
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Unidades
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Secciones y materiales
6
Grilla de puntos
8
Dibujo de elementos
9
Selección de apoyos
9
Generación de rótulas
10
Estados de carga y combinaciones
11
Cargas estáticas
13
Análisis de la estructura
15
Presentación de resultados
16
Bibliografía
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Comenzando a usar el programa Al abrir el software, lo primero que aparece es una ventana titulada “Starting a Model”. En ella se selecciona la opción de comenzar un nuevo proyecto o abrir uno existente:
Dentro de las opciones que inician un nuevo proyecto, se encuentran:
Start drawing members: Esta opción sirve para comenzar a dibujar las barras directamente, y será con la que empezaremos trabajando. Start drawing plates: Con esta opción, el programa se adapta al análisis de estructuras con elementos “plate” o placa. Use a template to generate a model: Se genera un modelo a partir de plantillas predeterminadas, como vigas con apoyos simples, estructuras reticuladas, etc.
Seleccionando la primera, y teniendo seleccionado el recuadro “Open the Global Parameters window also”, se pasa a la ventana “Global Parameters”, en la que se ingresan datos generales sobre el proyecto y el tipo de análisis a realizar.
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En esta parte, los datos que interesa conocer son:
Number of Sections: Es el número de partes en las que se subdividirá cada elemento, con el fin de poder verificar posterior al análisis sus deformaciones, esfuerzos, etc. Para efectos de las tareas, se mantendrá en 7. INTERNAL Sections: Es el número de subdivisiones que hace el programa de cada elemento para el análisis interno. Es importante destacar que difiere en gran medida del parámetro anterior, ya que éste se relaciona sólo a la exactitud de los resultados, por lo cual es mayor. Seleccionar un número de 100 secciones. Shear Deformation: Al activarlo, se incluye la deformación por corte al análisis. Torsional Warping: Al activarlo, se analizan los efectos de la torsión en los elementos. Vertical Axis: Se elige cuál será el eje vertical. Se elegirá el eje Y.
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Unidades Para modificar las unidades del modelo, abriremos el diálogo “Units Selection”, mediante la opción
. Aquí, verificaremos que sean las siguientes:
Lengths: meters Forces: kg Deflections: millimeters Dimensions: millimeters Linear Forces: kg/m Stresses: kg/mm 2 Material Strengths: kg/mm 2 Moments: kg· m Wight Densities: kg/m 3
Las otras unidades no resultan de interés para este trabajo. Además, debe activarse la casilla “Save these units settings as the default settings?”, con lo que se cambian las unidades predeterminadas de trabajo. Finalmente, el recuadro de unidades se verá así:
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Secciones y materiales Primero debemos definir el material a utilizar. Para esto ingresaremos en “Materials”, de la lista “Data Entry”:
Ingresando en esta sección, podemos crear un nuevo material con las características que se desea: Label: Nombre que se le asignará E: Módulo de Young G: Módulo de corte Nu: Razón de Poisson Therm: Coeficiente de expansión térmica Density: Peso por unidad de volumen Yield: Límite de fluencia
Habiendo definido las características del material, se debe seleccionar la o las secciones de los elementos, además de los materiales correspondientes a éstas. Para esto se abrirá el cuadro de diálogo “Draw members”, mediante el botón
. Primero se seleccionará el material a usar, el cuál será por defecto “Hot rolled” (Acero laminado). Acá debe elegirse el material creado anteriormente, en la pestaña “Material”. Luego, se definirán las propiedades geométricas de la sección de las barras.
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Haremos clic en el botón “…” para definir la sección de trabajo. Se abrirá un nuevo cuadro de diálogo, en el que se puede elegir la sección entre una lista, o crear una nueva. Realizaremos lo último, haciendo clic en “Add”. Se deben ingresar los siguientes parámetros: Shape name: Nombre que se le asignará a la sección. Depth: Altura total de la sección Flange width: Largo de la base de la sección (Ala) Flange thick: Espesor del ala Web thick: Espesor del alma
8 Una
vez
ingresados
los
datos,
se
puede
calcular
automáticamente
las
propiedades de de la sección creada, haciendo clic en “Calc Props”.
Es importante destacar que se pueden crear otros tipos de sección (Canal, tubos, etc.), seleccionando la deseada en “Shape Type”. Además, la lista de secciones existentes se puede ajustar a los productos nacionales, seleccionando “Chilean” en la lista “Database/Manufacturer”.
Volviendo al cuadro de diálogo “Draw members”, y una vez creada la(s) sección(es) se debe seleccionar el material. En la pestaña “Material” se elige el material definido perteneciente a la categoría elegida (Hot Rolled, Concrete, etc.).
Grilla de puntos Es necesario conformar la malla de puntos para dibujar la estructura. Por defecto, el programa trae una malla de 30x30@1 [pie]. Para modificarla, se debe hacer clic en
, con lo que se abrirá una nueva ventana, en la que podemos modificar la
grilla horizontal, una por coordenadas polares, seleccionar el plano, etc. Como trabajaremos una estructura plana, interesa el campo “Rectangular Grid Increments”, en el cual se ingresan coordenadas por punto, o los incrementos de la forma “A@B”, donde A es el número de puntos, y B es el espaciamiento entre ellos.
9 Dibujo de elementos Una vez definidos los materiales, las secciones, y la grilla, se debe dibujar la estructura. Esto se realiza haciendo clic en los nodos definidos en la malla, desde el inicio al final deseados para cada elemento, de la siguiente manera:
Nótese que el cursor cambia a
. También, es importante tener en cuenta
el sentido en el que se dibuja (Generalmente de izquierda a derecha, y de abajo a arriba), por razones que se expondrán más adelante. Luego, debe presionarse la tecla “Esc”, o hacer clic 2 veces con el botón izquierdo del mouse para salir de esta opción.
Algunas funciones de utilidad son las diferentes vistas que se pueden obtener del modelo (Por planos, isométrica, planos rotados, etc.), además de acercamientos y alejamientos mediante la barra:
En adición de lo anterior, y con el fin de tener una mejor vista de la estructura, se puede renderizar cada elemento, de manera que se vean con la forma que tendría en la realidad. Esto se consigue con la opción
.
Selección de apoyos Para las restricciones de cada punto (Condiciones de borde) debemos hacer clic en
. Esto abrirá una nueva ventana, en la que podremos imponer
10 restricciones de desplazamiento (Traslation) en cada eje, así como también de giro (Rotation). Esto permite definir si cada apoyo será empotrado, tiene traslación en un eje o 2, etc.
Una vez que hayamos seleccionado las opciones deseadas, hacemos clic en “Keep this dialog open” (Para que así podamos definir posteriormente nuevos apoyos, distintos al primero) y hacemos clic en los diferentes puntos que se debe restringir. Notar que el cursor ha cambiado a
.
Generación de rótulas Para modelar elementos rotulados, debe hacerse doble clic sobre el elemento deseado. Se abrirá un cuadro de diálogo con propiedades generales de este, debemos dirigirnos a la pestaña “End releases”:
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Dentro de esta, encontramos las siguientes opciones:
Fully Fixed: Unión completamente rígida Bending Moment Released (Torsion Fixed): Rótula de momento Full Moment Release (Including Torsion): Rótula completa (Incluyendo torsión) Set Individual Release Codes: Se selecciona cada opción de rotulado (Momento flector, momento torsional, axial, corte, etc.) Cabe destacar que las opciones anteriores se seleccionan para J e I, donde J es el fin del elemento e I es el comienzo. Esto depende del sentido en el cual se dibujó cada uno de ellos.
Estados de carga y combin aciones Para la aplicación de cargas estáticas a la estructura, deben en primer lugar definirse uno o más estados de carga, en
. Acá es importante definir el peso
propio de la estructura, actuando en dirección –Y. Es por esto que en “BLC
12 Description” escribimos el nombre asociado a este estado de cargas, por ejemplo “PP”, y en “Y Gravity”, asociamos el valor -1. Para definir otros estados de carga, como por ejemplo fuerzas sísmicas estáticas, o sobrecargas de uso agregamos otra etiqueta en “BLC Description”, pero sin incluir valores asociados a fuerzas másicas como se hizo en el caso anterior.
Con los estados de carga establecidos, se deben definir combinaciones de carga, presionando
el
botón
.
En
esta
parte
agregamos
una
nueva
combinación, por ejemplo “C1”, y asignamos coeficientes de ponderación a cada estado de carga que se determinó en “BLC”. Esto, ingresando a la opción “BLC” de la ventana “Load Combinations” y seleccionando el estado de cargas deseado en “Basic Load Case (BLC)”.
13 Por ejemplo, para ingresar una combinación C1 que considere un 100% de PP (BLC 1) y un 100% de SC (BLC 2), el cuadro de diálogo se vería de la siguiente manera:
Es de importancia decir que para efectos del análisis debe activarse la consideración del efecto P-Delta, en la opción que lleva este nombre.
Cargas estáticas Para establecer las cargas que se aplicarán a la estructura asociadas a los distintos estados de carga definidos, deben tomarse diferentes rutas dependiendo del tipo de carga. Es decir:
Cargas puntuales/momentos/masas/desplazamientos en nodos: Debe ingresarse a , o bien a la opción “Joint Load” del menú “Insert”. En esta ventana podemos definir la dirección, magnitud, combinación de carga, tipo de carga, etc.:
14 Para el caso de cargas estáticas, debe seleccionarse la casilla “This is a LOAD (L)”. La magnitud de la carga depende de la unidad definida para cargas al principio. Además debe elegirse el estado de cargas (BLC) al que se desea añadir la carga.
Cargas distribuidas en un elemento: Se debe presionar el botón
, o
ingresar a la opción “Distributed Load”, del menú “Insert”. Acá definiremos la dirección, magnitudes de inicio y de triangularmente
distribuidas),
distancias
fin (Lo que permitirá generar cargas de
inicio
y
final
de
la
carga
(Medidas desde el nodo de inicio del elemento, ya sea en unidad de longitud o en %), además del estado de carga (BLC) al cual pertenecerá fuerza distribuída que se desea aplicar.
Cargas puntuales o momentos en elementos: Se ingresa mediante
, o en la
opción “Point Load”, del menú “Insert”. En esta ventana definiremos la dirección, magnitud, ubicación de la carga (Medida en unidades de longitud o en % desde el nodo de partida del elemento) y estado de carga (BLC) al cual pertenecerá la fuerza o momento que se desea aplicar.
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Análisis de la estructura Habiendo ya definido los materiales y secciones, “construido” la estructura y aplicando sus cargas, podemos ahora realizar el análisis de esfuerzos y deformaciones. Para esto ingresamos a la opción
, la cual nos preguntará qué
estado de carga deseamos solucionar:
Single Combination: Resuelve sólo un estado de cargas (Estáticas).
16 Envelope
of
seleccionadas
Marked
Combinations:
(Estáticas),
Resuelve
superponiéndolas
y
la
combinación
dando
como
de
cargas
resultado
los
máximos y mínimos totales.
Batch Solution of Marked Combinations: Se resuelve la combinación de cargas seleccionadas (Estáticas), arrojando como resultados los correspondientes a cada estado de cargas por separado. Esto con la posibilidad de agrupar resultados de más de una combinación.
Dynamics (Eigensolution/Response Spectra): Se realiza el análisis dinámico espectral de la estructura, debiendo ingresarse la masa sísmica de la estructura.
Presentación de resultados Finalmente, al haberse realizado el análisis correctamente, el programa entrega resultados de reacciones, esfuerzos internos, deflexiones, diagramas de estructura deformada, etc.
Para esto, debemos localizar el menú flotante “Results” que aparece una vez concluido el análisis, e ingresar a la sección deseada:
Joint Reactions: Reacciones en nodos Joint Deflections: Desplazamientos nodales Member Forces: Fuerzas a las que se somete cada elemento Member Stresses: Esfuerzos internos de cada elemento Member Torsion: Torsión de cada miembro Member Deflections: Deformaciones por elemento
18 Para mostrar los diagramas de esfuerzos por elemento, se debe hacer clic en “Member Stresses”, y luego en el botón “Detail Report for Current Item” que aparece automáticamente en la zona superior de la pantalla.
Para obtener un diagrama con la estructura deformada, debe ingresarse a . Dentro de la ventana, hay que dirigirse a la pestaña “Deflection Diagrams”. Acá, debe seleccionarse la opción “Load Combination (pick from list at bottom)” y elegir la combinación de cargas que se quiere visualizar en “Combination To Use For Results Display”. Además, puede visualizarse una animación en “Animate This Deflected Shape”.
18 BIBLIOGRAFIA ‐ ‐
Manual del usuario 3D, versión 8.0 Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ing. Civil, laboratorio de mecánica de sólidos II
