TRABAJO INTRODUCCIN AL NASTRAN

Sergio Martn (Me faltan un apellido) Antonio Gmez Guzmn

Curso 2011/2012

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1. Introduccin1.1.- Descripcin del proyectoComo parte del programa de la asignatura de Introduccin al Nastran, se estima conveniente la realizacin de un ejercicio prctico de modelizacin y anlisis con objeto de asentar los conocimientos adquiridos sobre el programa y a modo de evaluacin de los mismos. Por ello, para el desarrollo de dicho ejercicio, se ha credo conveniente la eleccin de un caso que resulte interesante a nivel acadmico pero relativamente sencillo a nivel de geometra (debido en parte a las restricciones en nmero de nodos y elementos que establece el programa utilizado). Tras sopesar varias posibilidades, se ha escogido como tema de estudio la estructura compuesta por diferentes elementos (BAR, BEAM, PLATE, MASS y CONM2) de una marquesina de autobs.

1.2.- Marquesina de autobsExiste una gran diversidad de marquesinas en el mercado, sin embargo, se ha modelado una marquesina compuesta por las siguientes partes: -Un panel lateral -Un cerramiento compuesto por 3 paneles -Cubierta compuesta por 3 paneles -Barras de seccin circular, en T y en L. -Una papelera -Un banco -Cartel publicitario Estas estructuras, sirven para evitar efectos meteorolgicos, como son el viento, lluvia, nieve gracias a los paneles verticales y la cubierta, y dar comodidad en muchas ocasiones si se dispone de un banco. En este caso, tambin se dispondr de una papelera, para poder tirar desperdicios. Adems, estas estructuras, en muchas ocasiones sirven para publicar artculos, introduciendo dicha publicidad entre sus letreros

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1.3.- ObjetivosEstudiar y analizar la respuesta del conjunto barras-paneles-banco-papelera-cartel publicitario frente a distintas condiciones de carga, compuesta por diferentes ngulos de ataque del viento, carga de nieve y hacer un estudio dinmico de dicho conjunto. Y, comprobar la solucin obtenida por el programa NE/Nastran para este problema.

2. Criterios de modelizacin2.1. Unidades

Las unidades con las cuales se ha realizado el proyecto son las siguientes:

MAGNITUD Longitud Masa Fuerza Velocidad Densidad Mdulo de Elasticidad

UNIDAD Milmetros Toneladas Newtons Milmetros/Segundo Tonelada/Milmetros Cbicos MegaPascales

SMBOLO mm T N mm/s T/mm3 MPa

Las unidades elegidas anteriormente, son las necesarias para poder resolver los problemas esttico y dinmico impuestos.

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2.2.

Malla

Posteriormente se explicar el mallado realizado, para poder obtener unos resultados de la estructura, una vez se le hayan aplicado las cargas correspondientes o el estudio dinmico. La geometra a mallar ser la correspondiente al siguiente croquis:

Nota: Tanto el banco como la papelera se mallarn con elemento tipo MASS, por lo que no existirn fsicamente en el espacio, ya que sern puntos.

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a) Paneles El nmero de paneles marca implcitamente el nmero mnimo de elementos y por ende el nmero mnimo de nudos necesarios para representar la estructura, por lo que, para paneles verticales, se tendrn 6x9 grids, mientras que para los paneles de la cubierta, se tendrn 6x6 grids.

Sin embargo, hay que tener en cuenta, que estos paneles compartirn grids con otros, y a su vez, estos no sern contabilizados como las barras del apartado b, pues sern los mismos en casi todas las ocasiones. Se proceder a contabilizar los nodos, para ello, se usar el color verde, como grid contabilizado, mientras que el color rojo, se usar para designar que ya ha sido contado.

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a.1) Paneles Frontales (Cerramiento) Se empezar por contabilizar los grids en los paneles frontales, siendo 16x9=144 grids.

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a.2) Panel Lateral Habr que tener en cuenta, que ya hay una columna de grids contabilizada anteriormente, pues comparten nodos el panel lateral y el cerramiento. Por lo que los grids que hay que contabilizar son 5x9 = 45, que sumados a los del apartado anterior (a.1) seran 189 grids.

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a.3) Cubierta Al igual que se ha hecho anteriormente, se tendr que tener en cuenta los grids compartidos de la cubierta y el cerramiento, por lo que los grids en este caso seran 5x16 = 80 gris, que sumados a los anteriores seran 269 grids.

La identificacin con las correspondientes coordenadas de los grids en coordenadas rectangulares, se dan a continuacin:

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b) Barras Por ltimo, se tendrn que tener en cuenta los grids de las barras, sin embargo, todos ellos ya estarn contabilizados, a excepcin de 14, pues todos los grids son comunes a los gris de los paneles. Estos 14 grids son de carcter diferente, 5 de ellos corresponden a elementos bar, donde a su vez, irn las restricciones, mientras que los otros 9, corresponden a elementos bar que unen elementos tipo bar entre cubierta y cerramiento. Por lo que, se obtienen en total 283 grids.

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Quedando el siguiente mallado:

Grids Points 283

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2.3.

Sistemas de ejes

2.3.1. Localizacin de nodos

Los nodos estn localizados segn ejes rectangulares bsicos x1, x2, x3 dados segn el Nastran, que corresponderan respectivamente a los ejes x, y, z. Los nodos estn dados segn el siguiente esquema, donde se puede ver el origen de los ejes tomados; y teniendo en cuenta las dimensiones adjuntadas en el aparatado anterior, as como el mallado:

Ver Anexo adjunto

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Curso 2011/2012 2.3.2. Sistema de coordenadas

Los necesarios para dar la posicin de los nudos se han definido en el apartado anterior, aunque el programa modelador, que no deja de ser una interfaz del Nastran, pase todas las coordenadas al sistema bsico (el rectangular definido implcitamente). Los de los elementos se vern en el correspondiente apartado.

2.4.

Elementos

Para los elementos tratados, se usaron 5 tipos de funciones, BAR, BEAM, PLATE, MASS y CONM2 comentados ya anteriormente. Cuyas tarjetas de propiedades son las siguientes:

Tarjetas propiedadesEn los elementos bidimensionales se uso QUAD 4 por tener la estructura una forma cuadrada al igual que estos elementos. Para estos QUAD 4 se define a su vez una propiedad de placa (PSHELL) que consta de los siguientes campos:

PSHELL1 PSHELL 2 PID 3 MID1 4 T 5 MID2 6 12I/3T 7 MID3 8 TS/T 9 NSM 10

Panel lateral PSHELL 1 2 20 2 Vectores normales direccin sentido negativo eje Y (bsico) Cerramiento PSHELL 2 2 10 2 Vectores normales direccin sentido negativo eje X (bsico)

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Curso 2011/2012 Cubierta PSHELL 3 3 10 3 Vectores normales direccin sentido negativo eje Z (bsico))

Se puede ver las direcciones, usando la aplicacin Shrink Elements para reducir el tamao de los mismos al 25%

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Para las barras (vigas y columnas), se us BAR y BEAM, debido a que se usaron seccin en L y T, por lo que el centro de cortadura y el centro de masas de estas secciones no son coincidentes, por lo que no se puede usar la aplicacin BAR, teniendo que recurrir a BEAM

PBAR1 PBAR 2 PID C1 K1 3 MID C2 K2 4 A D1 I12 5 I1 D2 6 I2 E1 7 J E2 8 NSM F1 9 F2 10

Columnas PBAR 4 1 +PR 4 0 -38,05 +PA 4 0,53681 0,53681 Sentido negativo al eje Y Refuerzos cubierta PBAR 5 1 +PR 5 0 -24,15 +PA 5 0,54203 0,54203 Sentido positivo al eje Z 679,971 24,15 0 161527 0 161527 0 322871 24,15 0 -24,15 +PR 5 +PA 5 1321,35 38,05 0 817589 0 817589 0 1634543 38,05 0 -38,05 +PR 4 +PA 4

0

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Se puede apreciar el sentido de los elementos en la siguiente imagen. Tan slo estn contemplados los elementos BAR

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PBEAM1 PBEAM 2 PID C1(A) SO K1 3 MID C2(A) X/XB K2 4 A(A) D1(A) 5 I1(A) D2(A) 6 I2(A) E1(A) 7 I12(A) E2(A) 8 J(A) F1(A) 9 NSM(A) F2(A) 10

N1(A)

N2(A)

N1(B)

N2(B)

Perfil en U PBEAM +PR 6 +PA 6 +PC 6 +PD 6 6 9,5456 YESA 0,5959 1 -15 1 0,22827 328 39,5456 28999,3 -15 44429,3 39,5456 0 15 1706,48 9,5456 0 15 +PR 6 +PA 6 +PC 6 +PD 6

21,0578

0

21,0578

0

Panel Lateral: Viga superior, sentido negativo al eje Z. Viga inferior, sentido positivo al eje Z Cerramiento: Sentido positivo al eje Z

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Perfil en T PBEAM +PR 9 +PA 9 +PC 9 +PD 9 9 -37,673 YESA 1 2 1 304 37,673 46081,1 -2 21525,3 2,32696 0 20 1628,38 2.32696 0 20 +PR 9 +PA 9 +PC 9 +PD 9

0,40875 0,44856 9,14672 0

-9,14672 0

Cubierta: Sentido positivo al eje imaginario inclinado 7.125 respecto el eje Z

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Curso 2011/2012 Se puede apreciar el sentido de los elementos en la siguiente imagen. Tan slo estn contemplados los elementos BEAM

Los elementos de masa los mete directamente en como CONM2, tanto papelera, como letrero y banco.

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2.5.

Materiales

En las tarjetas de propiedades del apartado anterior han quedado implcitos los materiales de cada elemento. Consultando diversos proveedores de marquesinas, los materiales elegidos son los siguientes:

-

Acero galvanizado: Columnas y Vigas tanto para el panel lateral, cubierta y cerramiento Metacrilato PMMA: Panel lateral, Cerramiento Policarbonato celular: Cubierta

Se puede comprobar en las siguientes tarjetas los materiales aplicados:

Tarjetas materiales1 MAT1 2 MID 3 E 4 G 5 NU 6 RHO 7 A 8 TREF 9 GE 10

Acero MAT1 1 200000 0,33 7,8E-9

Metacrilato PMMA MAT1 2 3300 0,22 1,19E-9

Policarbonato celular MAT1 3 2100 0,23 1,7E-10

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3. LigadurasEn este modelo, se aplican unas restricciones de empotramiento en los 5 puntos que sirven de sujecin a la estructura con el suelo. Por lo que se restringi todos los desplazamientos y giros en todos los sentidos correspondientes. Lo que en la nomenclatura del programa equivale a restringir los grados de libertad 1, 2, 3, 4, 5 y 6.

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4. Casos de carga 5. Soluciones 6. Anlisis de resultados 7. Conclusiones

7.1.- Acerca de la viabilidad de la estructura A priori, tras el anlisis realizado con el programa, la estructura demuestra ser capaz de soportar las solicitaciones propuestas, y por lo tanto sera vlido construir una marquesina con las dimensiones y materiales dados.

7.2.- Nastran como herramienta La pega del apartado anterior es que el anlisis planteado con NE/Nastran presenta varias carencias: El nmero de nodos y elementos es insuficiente para poder implementar un modelo de carga exacto Adems, tampoco permite modelizar con precisin zonas que soportan grandes esfuerzos, como son todos los paneles. Tampoco se tiene en cuenta la deformacin de la papelera, el banco ni el letrero, por tratarse de puntos fsicos sin geometra. .

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