MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS - UTN Santa...
Transcript of MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS - UTN Santa...
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL SANTA FE
GUÍA DE MODELADO
CON EL SOFTWARE ABAQUS
Nadia D. Roman
Año 2013
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -2-
ÍNDICE DE CONTENIDO .................................................................................................. 2
SOBRE LA GUÍA .............................................................................................................. 4
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 5
1.1. Sobre Abaqus .......................................................................................................... 5
1.2. Organización del programa........................................................................................ 5
1.3. Módulos de trabajo................................................................................................... 7
1.4. Archivos y extensiones ............................................................................................12
1.5. Ayuda y manuales ...................................................................................................12
1.6. Bibliografía .............................................................................................................13
2. ESTUDIO DE CASO: RETICULADO CON ELEMENTOS TIPO BARRA .............................. 14
2.1. Descripción del caso ................................................................................................14
2.2. Módulo Part ............................................................................................................14
2.3. Módulo Property .....................................................................................................15
2.4. Módulo Assembly ....................................................................................................16
2.5. Módulo Step ...........................................................................................................17
2.6. Módulo Load ...........................................................................................................17
2.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................19
2.8. Módulo Job .............................................................................................................20
2.9. Módulo Visualization ................................................................................................21
3. ESTUDIO DE CASO: PÓRTICO BIDIMENSIONAL CON ELEMENTOS TIPO VIGA ........... 24
3.1. Descripción del caso ................................................................................................24
3.2. Módulo Part ............................................................................................................24
3.3. Módulo Property .....................................................................................................25
3.4. Módulo Assembly ....................................................................................................29
3.5. Módulo Step ...........................................................................................................30
3.6. Módulo Load ...........................................................................................................31
3.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................33
3.8. Módulo Job .............................................................................................................34
3.9. Módulo Visualization ................................................................................................35
4. ESTUDIO DE CASO: VIGA DE GRAN ALTURA SOMETIDA A UN E.P.T. ......................... 41
4.1. Descripción del caso ................................................................................................41
4.2. Módulo Part ............................................................................................................41
4.3. Módulo Property .....................................................................................................42
4.4. Módulo Assembly ....................................................................................................43
4.5. Módulo Step ...........................................................................................................44
4.6. Módulo Load ...........................................................................................................44
4.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................46
4.8. Módulo Job .............................................................................................................48
4.9. Módulo Visualization ................................................................................................49
5. ESTUDIO DE CASO: TUBO DE PARED GRUESA SOMETIDO A UN E.P.D. ...................... 54
5.1. Descripción del caso ................................................................................................54
5.2. Módulo Part ............................................................................................................54
5.3. Módulo Property .....................................................................................................55
5.4. Módulo Assembly ....................................................................................................56
5.5. Módulo Step ...........................................................................................................57
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -3-
5.6. Módulo Load ...........................................................................................................57
5.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................59
5.8. Módulo Job .............................................................................................................61
5.9. Módulo Visualization ................................................................................................62
6. ESTUDIO DE CASO: FLUJO EN MEDIOS POROSOS BAJO UNA PRESA ......................... 67
6.1. Descripción del caso ................................................................................................67
6.2. Módulo Part ............................................................................................................67
6.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
6.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
6.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
6.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
6.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
6.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
6.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
7. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS TERMOMECÁNICO DE UN TUBO ................................. 12
7.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
7.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
7.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
7.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
7.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
7.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
7.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
7.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
7.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
8. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS LÍMITE DE UNA VIGA HIPERESTÁTICA ...................... 12
8.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
8.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
8.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
8.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
8.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
8.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
8.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
8.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
8.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
9. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DE UN PÓRTICO . 12
9.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
9.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
9.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
9.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
9.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
9.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
9.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
9.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
9.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -4-
SOBRE LA GUÍA
La presente guía tiene como finalidad la introducción al uso del programa comercial Abaqus
a los alumnos de la Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Santa Fe que cursan
materias o pertenecen a grupos de investigación donde se utiliza el mismo.
La guía se encuentra dividida en capítulos o secciones donde se aborda una temática
distinta.
En la Introducción, se encuentra un breve resumen de las distintas funciones y opciones
básicas del programa, para comprender cómo se ordena la metodología y las etapas a seguir al
momento de generar y analizar un modelo.
En los estudios de caso, se resuelven paso por paso distintos ejemplos de aplicación
académicos, que se enumeran a continuación:
Estructura reticulada sometida a cargas puntuales.
Pórtico bidimensional sometido a cargas puntuales y distribuidas linealmente.
Viga de gran altura sometida a un estado plano de tensión.
Tubo de pared gruesa sometido a un estado plano de deformación.
Flujo en medios porosos bajo una presa de hormigón.
Análisis termomecánico de un tubo.
Análisis límite de un pórtico bidimensional sometido a cargas puntuales.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -5-
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Sobre Abaqus
Abaqus es un programa de simulación en ingeniería desarrollado por Dassault Systemes,
basado en el Método de Elementos Finitos que puede resolver desde simples problemas lineales
hasta complejas simulaciones no lineales. Abaqus contiene una variada y completa librería de
elementos que pueden modelar prácticamente cualquier geometría. También posee una extensa
lista de modelos de materiales que pueden simular el comportamiento de los materiales más
típicos utilizados en ingeniería, como metales, gomas, polímeros, compuestos de fibras,
hormigón, materiales geotécnicos como suelo y roca. Diseñado como una herramienta de
simulación generalizada, puede ser utilizado para estudiar no solo problemas estructurales (de
tensión/desplazamiento), sino también de transferencia de calor, difusión de masa, análisis
termoeléctricos o termomecánicos acoplados, acústicos, de mecánica de suelos, piezoeléctricos,
electromagnéticos y de dinámica de fluidos.
1.2. Organización del programa
Cuando abrimos Abaqus, nos encontramos con una distribución de elementos en la pantalla
donde podemos observar los componentes que se indican a continuación, y que se detallan en la
Figura 1.1.
Barra de título: nos muestra la información referida al archivo en el que estamos
trabajando, la versión de Abaqus y la ventana de trabajo que se encuentra activa.
Barra de Menú: allí se encuentran las distintas opciones de trabajo que tendremos
disponibles para cada módulo, donde algunas se mantendrán en común (por ejemplo, File, Model,
Viewport, View y Edit) y otras variarán módulo a módulo.
Barra de herramientas: las barras de herramientas brindan acceso rápido a opciones que se
encuentran contenidas dentro de los distintos menús. Pueden personalizarse.
Caja de herramientas: en la caja de herramientas encontraremos botones de acceso rápido
a las distintas herramientas disponibles para el módulo en el que se está trabajando.
Barra de contexto: nos permite navegar por los distintos módulos que posee Abaqus y por
las distintas funcionalidades de cada uno. Por ejemplo, en el módulo “Part”, nos permite navegar
por los distintos modelos y las distintas geometrías o partes.
Árbol de modelo/resultados: los diagramas de árbol nos organizan toda la información
contenida en nuestro modelo para permitirnos una vista y edición rápida de la misma, como
también nos permiten navegar en distintos modelos. En la pestaña “Model” encontramos el
diagrama de árbol referido al modelo en sí, pudiendo trabajar con más de uno; mientras que en
la pestaña “Results” podemos trabajar con distintos archivos de resultados de análisis.
Ventana de trabajo: es una ventana que nos muestra una determinada vista de nuestro
modelo. Abaqus permite trabajar con distintas vistas de manera simultánea, lo cual nos es útil,
por ejemplo, para visualizar distintos modelos de manera simultánea.
Área de mensajes y comandos: allí Abaqus muestra los mensajes de estado, advertencias y
errores que se generan al ejecutar una determinada función. También pueden introducirse
comandos bajo el lenguaje de programación Python.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -6-
Fig
ura
1.1
– C
om
ponente
s d
e la v
enta
na d
e
Abaqus.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -7-
1.3. Módulos de trabajo
Abaqus trabaja con distintos módulos, a través de los cuales se ejecutan las distintas
funciones que se necesitan para la generación de un modelo y el análisis del mismo según el
Método de Elementos Finitos. Dichos módulos se encuentran ordenados de manera secuencial,
facilitando de esta manera un orden a seguir al momento de desarrollar un modelo. A
continuación se resumen los mismos con sus principales funciones.
Módulo “Part”: nos permite crear partes individuales a partir del dibujo de las mismas o la
importación de una geometría generada con otro software, así como también la generación o
importación de una malla para una determinada parte.
Al crear una parte, según se muestra en la Figura 1.2, las opciones que nos brinda Abaqus
son: 3D, 2D y axialsimétrico. En cada una de ellas encontramos, además, variables como el tipo
de parte (deformable, rígido discreto, rígido analítico, euleriano) y la característica base (placa,
cable, punto).
Figura 1.2 – Opciones para modelado 3D (izquierda), 2D (centro) y Axialsimétrico (derecha).
Módulo “Property”: allí podremos crear las secciones y materiales para asignar a cada parte,
generar los perfiles para secciones de vigas, definir orientaciones, normales y tangentes para las
distintas secciones, definir la inercia de una parte y crear resortes y amortiguadores entre puntos
o entre puntos y el suelo.
En cuanto a los materiales, se deben definir las propiedades del mismo que serán
necesarias para el análisis que queremos realizar. Las mismas se encuentran clasificadas en
“General” (o General, como la densidad), “Mechanical” (o Mecánicas, como la elasticidad o
plasticidad), “Thermal” (o Térmicas, como la conductividad o calor latente) y “Other” (u Otras,
como la permeabilidad, conductividad eléctrica). En la Figura 1.3 puede observarse el cuadro de
edición de un material, donde se define el nombre y las propiedades del mismo.
Las secciones que podemos crear y asignar a las distintas partes pueden ser del tipo
sólidas, placas, vigas, fluidos y otras, según se muestra en la Figura 1.4. En el caso de que se
trabaje con secciones de viga se deberá, además, generar los perfiles de las mismas. Para ello,
Abaqus posee algunos perfiles predeterminados (por ejemplo, caños rectangulares o circulares,
perfiles I, T y L) permitiéndonos también definir perfiles arbitrarios o generalizados.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -8-
Figura 1.3 – Cuadro de edición de un material.
Figura 1.4 – Creación de una sección sólida (arriba, izquierda), de placa (arriba, derecha.), de viga (abajo, izquierda) u otra (abajo, derecha).
Módulo “Assembly”: en este módulo se crean y ensamblan las instances (subdominios que
componen el problema). Esto nos permite definir el tipo de mallado que aplicaremos (dependiente
o independiente) y asignarle a las distintas partes una orientación, posición relativa, etc.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -9-
Si se trabaja con un modelo en el cual se presenta
varias veces la misma pieza (por ejemplo, un reticulado en el
cual más de una barra tiene la misma longitud y sección), no
es necesario generar una parte para cada una de ellas, sino
que Abaqus nos presenta la opción de crear una misma parte
y luego ensamblarla más de una vez.
En cuanto a la creación de una instance, según se
muestra en la Figura 1.5, nos da las opciones para que,
luego, la malla se haga en la parte o en el modelo
ensamblado. En el primer caso, la malla es del tipo
dependiente y todas las veces que la parte se haya
ensamblado, tendrá la misma malla. En el segundo caso, la
malla es del tipo independiente, lo que significa que por más
que se ensamble más de una vez una misma parte, puede
generarse una malla distinta para cada una de ellas. Esto nos
puede ser útil en el caso de que tengamos repetida una
misma parte y necesitemos refinar el mallado en alguna de
ellas.
Figura 1.5 – Ensamblado de las partes.
Módulo “Step”: nos permite generar y definir los distintos estados de carga y las variables
asociadas a los mismos que se incluirán en los resultados. Cada estado de carga se denomina
“paso” o “step”, y pueden generarse de manera secuencial (ejecutar un step al finalizar uno
previo) o superponerse. Por defecto, cada modelo cuenta con el step Inicial.
Las distintas opciones que nos presenta Abaqus se clasifican según el procedimiento,
General o de Perturbación lineal. Dentro de los estados generales, las opciones que se presentan
son varias, por ejemplo, se puede configurar un análisis estático general, dinámico, de
transferencia de calor, geoestático, etc. Dentro de las opciones de Perturbación lineal los análisis
son, entre otros, de frecuencia o de perturbación lineal estática. En la Figura 1.6 se muestra el
cuadro de diálogo para la creación de un step.
Figura 1.6 – Creación de un step.
Módulo “Interaction”: allí podremos especificar interacciones entre distintas regiones de un
modelo. Dentro de las interacciones que Abaqus soporta encontramos, por ejemplo, interacciones
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -10-
de contacto, fundaciones elásticas, radiación desde o hacia un ambiente, ondas incidentes,
impedancia acústica, restricciones de cuerpo rígido, inercias, resortes, amortiguadores, etc.
Para poder especificar una interacción, sea del tipo que sea, necesitamos primero crear la
propiedad de dicha interacción, según las opciones que se presentan en la Figura 1.7. Luego de
definido esto, podemos si establecer la interacción, teniendo en cuenta que dependen de los
estados de carga, por lo que al momento de definirlas se debe seleccionar a qué step se aplica la
misma y sólo nos permitirá seleccionar interacciones compatibles con dicho step. En la Figura 1.8
se muestra el cuadro de diálogo para crear una interacción.
Figura 1.7 – Creación de una propiedad
de interacción.
Figura 1.8 – Creación de una interacción.
Módulo “Load”: en este módulo se crearán las cargas, condiciones de borde y campos que
se aplicarán en cada estado de carga. Todos estos elementos dependen del tipo de step que se
definió, por lo que al momento de crear alguna de ellas, deberemos seleccionar el step y se
mostrarán las opciones compatibles con el mismo.
En cuanto a las condiciones de borde, denominadas BC (por Boundary Condition) tenemos,
por ejemplo en un análisis estático, condiciones de desplazamiento, rotación, velocidad, etc. Es
importante también tener siempre presente el sistema de coordenadas en el que se trabaja, ya
que las condiciones de borde se aplicarán en las direcciones que se indiquen. En la Figura 1.9 se
muestran las condiciones de borde disponibles para dos estados de carga distintos.
Respecto a las cargas, denominadas Load, también dependerán del tipo de step en el cual
se aplican. Abaqus ofrece una gran variedad de cargas donde las mismas pueden variar su
amplitud y/o su forma según se requiera. Por ejemplo, si se aplica una carga lineal, la misma
puede ser constante, variar linealmente o según funciones trigonométricas como el seno o
coseno. En la Figura 1.10 se muestran las opciones de cargas para un análisis estático general.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -11-
Figura 1.9 – Condiciones de borde para un análisis estático general (izq.) y termomecánico (der.).
Figura 1.10 – Tipos de carga para un análisis estático general.
Módulo “Mesh”: nos permite generar la malla de elementos finitos en nuestro modelo.
Para realizar el mallado, deberemos definir opciones como el tipo de elemento (elementos
de viga, de barra, de estados planos, termomecánicos, etc.), el tipo de función de interpolación
(lineal o cuadrática), el tamaño de elemento y la técnica de mallado. También se pueden realizar
optimizaciones de una malla, refinamiento en zonas donde se requiera un análisis más exhaustivo
o una verificación de la misma.
Módulo “Optimization”: en el caso de utilizarse, crea y configura una tarea de optimización.
Por ejemplo, puede ejecutarse un análisis de optimización en el cual se remueva material de una
determinada sección para cumplir con un peso máximo y un espesor mínimo de una pieza,
garantizando que el volumen no disminuya en más de un determinado porcentaje.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -12-
Módulo “Job”: allí se pueden crear, ejecutar y monitorear los distintos análisis sobre el
modelo en el que se trabaja. Cada uno de estos análisis dará como resultado, de ejecutarse
correctamente y sin errores, un archivo de resultados.
Este módulo también nos permite monitorear el análisis durante su ejecución, observando
de esta manera la información que se admitió, las tareas que se están realizando, las
advertencias que Abaqus considere y, de existir, los errores que llevaron a que el programa
aborte el análisis.
Módulo “Visualization”: nos permite visualizar los resultados del análisis. Podremos entonces
obtener diagramas de tensiones, desplazamientos, solicitaciones, o cualquier otra variable que se
incluyó en el análisis. Estos diagramas pueden ser vectoriales o de contorno, donde se
representan con distintos colores los valores de la variable que se visualiza.
También Abaqus permite realizar cortes en nuestras geometrías, configurar animaciones
que nos ayuden a visualizar la evolución de las variables, generar tablas tipo XY de datos y
graficar las mismas.
Módulo “Sketch”: en este módulo podemos crear geometrías bidimensionales para incluir en
nuestro modelo.
1.4. Archivos y extensiones
Abaqus trabaja con dos extensiones de archivo: *.cae para el archivo donde se encuentra/n
el/los modelo/s y *.odb para el archivo de resultados de un análisis. El programa no nos permite
abrir simultáneamente varios archivos de modelo, por lo que es recomendable generar distintos
modelos en un único archivo *.cae para poder, al abrir el único archivo, contar con los modelos y
poder trabajar con todos ellos sin necesidad de cerrar un archivo y abrir otro. En cuanto a los
archivos de resultados, como se genera uno por cada análisis que se ejecuta y dado que se
pueden ejecutar varios análisis sobre un mismo modelo, Abaqus si permite la apertura de
distintos archivos de resultado en una misma sesión.
Es importante destacar que al abrir un archivo de resultado por defecto se encuentra
habilitada la opción de solo lectura (lo cual se visualiza mediante un candado a la izquierda de
nombre del mismo en el diagrama de árbol), por lo que no se podrán realizar modificaciones en el
mismo. Para modificarlo, se deberá cerrar el mismo y volver a abrirlo, desestimando la opción de
“sólo lectura” para la apertura del mismo.
1.5. Ayuda y manuales
Abaqus cuenta con una extensa documentación donde podemos encontrar ejemplos a
seguir para aprender a utilizar el programa, o para comprender cada una de las funciones con las
que cuenta. A la misma podemos acceder desde el mismo programa a través del menú “Help”
(ayuda) y presenta las opciones que se visualizan en la Figura 1.11.
Figura 1.11 – Menú Help.
La opción “On Context”, nos habilita un puntero de ayuda de manera tal que con el mismo
podremos hacer clic sobre el elemento para el cual necesitemos ayuda. La opción “On Module”
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -13-
nos muestra la documentación referida al módulo que se encuentra activo. Si seleccionamos “On
Help”, tendremos a disposición el capítulo “Getting Help” del manual. En “Getting Started” se
concentran los tutoriales para resolver distintos tipos de problemas con Abaqus. Las opciones
“Search & Browse Manuals” y “Keyword Browser” nos permiten navegar por los distintos
manuales, realizando búsquedas por palabras claves o capítulos específicos.
Es importante destacar que toda la documentación que Abaqus trae adjunta se encuentra
en formato PDF o HTML y en idioma inglés, pero es posible encontrar en internet tutoriales en
español.
1.6. Bibliografía
Dassault Systemes Simulia Coorp., Abaqus/CAE Student Edition 6.11-2 Documentation.
2011.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -14-
2. ESTUDIO DE CASO: RETICULADO CON ELEMENTOS TIPO BARRA
2.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará un reticulado compuesto por barras de acero sometido a
cargas puntuales. En la Figura 2.1 se esquematiza el mismo y se presentan a continuación los
datos necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P= 500 kN E=2,1·108 kPa
A= 20 cm2 =0,3
Tipo de elemento: Truss (elemento de barra)
Figura 2.1 – Reticulado a modelar.
2.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el reticulado propuesto para
el caso que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part
Create en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el
espacio de modelo, el tipo deformable y como base un cable
(wire), según se muestra en la Figura 2.2. De nombre se utilizó el
término Reticulado, pero puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para
generar el reticulado, que deberá verse como el de la Figura 2.3.
Debajo del Área de trabajo, se indicarán los pasos a seguir
cuando se ejecuta un comando; por ejemplo, si activamos el de
línea se nos pedirá que elijamos un punto de inicio y otro de
finalización (haciendo clic sobre la cuadrícula o escribiendo las
coordenadas). Para finalizar el uso de un comando, se debe
presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic en la cruz que lo
cancela.
Una vez completado el trazado del reticulado, debe hacerse
clic en el botón “Done” (ubicado debajo del Área de trabajo) para
aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 2.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -15-
Figura 2.3 – Dibujo del modelo.
2.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las barras
del reticulado. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la Figura
2.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del material
(Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de Young y
el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 2.4 – Creación del material Acero.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -16-
El segundo paso consiste en crear la sección de las barras del reticulado, que se logra con la
opción Section Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 2.5 -
izquierda) se pide que se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un reticulado,
donde las barras que componen al mismo solo pueden resistir solicitación axial, se utilizará una
sección de tipo barra (Beam – Truss), y la cual luego (Figura 2.5 – derecha) se le asignará el
material creado y la sección transversal correspondiente según los datos del problema.
Figura 2.5 – Creación de la sección Barras.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse a cada una de las barras del modelo.
Para ello, se emplea la opción Assign Section de la barra de Menú. Se deben seleccionar todas
las barras del reticulado y luego en el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 2.6 elegir la
sección creada anteriormente.
Figura 2.6 – Asignación de la sección.
2.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el reticulado completo como una pieza 2D, en el
presente módulo solo necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la
opción Instance Create de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente
o independiente indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al
momento de realizar el mallado del modelo. En la Figura 2.7 se muestra el cuadro de diálogo de
creación de la Instance, donde seleccionaremos la parte creada (Reticulado en este ejemplo) y el
tipo independiente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -17-
Figura 2.7 – Ensamblado.
2.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 2.8, se
definirá el nombre del estado, luego de qué estado se aplicará
(aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
Figura 2.8 – Estado de carga.
2.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se especificó en la
Figura 2.1, el reticulado cuenta con dos apoyos fijos en los nudos extremos de la sección inferior
del mismo. Para generarlos, vamos a la opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se
seleccionan los nudos a los que se quiere aplicar la condición de borde y se desplegará el cuadro
de diálogo que se muestra en la Figura 2.9 donde se definirá en qué estado de cargas se
generarán las condiciones y de qué tipo serán. Luego en la Figura 2.10 definimos nulos los
movimientos en x y en y (1 y 2) para representar los apoyos fijos del reticulado.
Figura 2.1 – Selección del tipo de Condición de Borde. Figura 2.10 – Restricciones de los apoyos.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -18-
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las cargas al reticulado, mediante
la opción Load Create de la barra de Menú. Allí se seleccionarán los nudos en los que se
encuentra definida la carga P. En un primer cuadro de diálogo, se establecerá el nombre de la
carga, en qué estado se aplicará y el tipo de la misma según se muestra en la Figura 2.11,
Mientras que en el cuadro de Figura 2.12 se especificará el valor que tendrá la carga P creada.
Figura 2.12 – Edición de la carga P.
Figura 2.11 – Creación de la carga P.
Una vez creadas las cargas y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según
se muestra en la Figura 2.13.
Figura 2.13 – Modelo con apoyos y cargas.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -19-
2.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo barra de un tamaño tal que
cada una de las barras del reticulado se encuentre conformada por un elemento. Para ello,
primero debemos seleccionar el tipo de elemento mediante la opción Mesh Element Type de la
barra de Menú, que nos permitirá establecer el tipo de elemento Truss para nuestra malla según
se muestra en la Figura 2.14.
Luego se definirá un tamaño de elemento de 15 [m] con la opción Seed Instance como
se observa en la Figura 2.15.
Finalmente se generará la malla según la opción Mesh Instance de la barra de Menú. En
el caso de que se hubiera seleccionado una Instance dependiente, la opción que tendremos que
utilizar es Mesh Part.
Figura 2.14 – Selección del tipo de elemento.
Figura 2.15 – Selección del tamaño de elemento.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -20-
2.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo
mediante la opción Job Create de la barra de Menú, donde en
el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de
resultados) y el modelo al cuál lo aplicaremos como se muestra en
la Figura 2.16.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En
la opción Job Manager de la barra de Menú dispondremos de
un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 2.17). Con el botón Submit le indicaremos
a Abaqus que ejecute el mismo, y con el botón Monitor podremos
monitorear el estado de ejecución del análisis, para controlar los
errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el
programa realiza paso a paso, mediante la ventana que se
muestra en la Figura 2.18.
Figura 2.16 – Creación del análisis.
Figura 2.17 – Opciones de análisis.
Figura 2.18 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -21-
2.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 2.17. Automáticamente, Abaqus abrirá el archivo *odb correspondiente y podremos
trabajar con las distintas opciones que el programa nos presenta para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará inicialmente el modelo y los datos del análisis (versión
del programa utilizada, fecha de ejecución, etc.). Para poder visualizar algún resultado, debemos
ir a la opción Result Field Output de la barra de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 2.19. Allí encontraremos una lista de cada una de las variables que Abaqus calculó en el
análisis. Por ejemplo, U son los desplazamientos, S las tensiones y RF las reacciones de vínculo.
Figura 2.19 – Resultados, Field Output.
Al seleccionar alguna de las opciones, se mostrará en la ventana de trabajo el resultado
para la variable elegida. En la opción Plot de la Barra de Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los diagramas de contorno (Contours) como los vectoriales
(Symbol) pueden graficarse en el modelo deformado o sin deformar. En la Figura 2.20 se
observan los desplazamientos según un diagrama de contorno, en la Figura 2.21 se trazaron los
vectores correspondientes a las reacciones de vínculo, y finalmente en la Figura 2.22 los vectores
correspondientes a las tensiones normales, todos ellos para el reticulado sin deformar. En la
Figura 2.23 se presenta la deformada del reticulado, con un diagrama de contorno de los
desplazamientos.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -22-
Figura 2.20 – Diagrama de contorno de los desplazamientos.
Figura 2.21 – Diagrama vectorial de las reacciones de vínculo.
Figura 2.22 – Diagrama vectorial de las tensiones normales.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -23-
Figura 2.23 – Diagrama de contorno de los desplazamientos en el reticulado deformado.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -24-
3. ESTUDIO DE CASO: PÓRTICO BIDIMENSIONAL CON ELEMENTOS TIPO VIGA
3.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará un pórtico bidimensional compuesto perfiles
normalizados PNI 20 sometido a cargas puntuales y una carga distribuida. En la Figura 3.1 se
esquematiza el mismo y se presentan a continuación los datos necesarios para el modelado
numérico.
Datos:
P1= 30 kN P2= 50 kN P3= 20 kN q=30 kN/m
E=2,1·108 kPa =0,3 Tipo de elemento: Beam (elemento de viga)
Figura 3.1 – Pórtico a modelar.
3.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el reticulado propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create en
la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de modelo,
el tipo deformable y como base un cable (wire), según se muestra en la
Figura 3.2. De nombre se utilizó el término Portico, pero puede
seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar, podremos
emplear la herramienta de trazado de líneas para generar el pórtico,
que deberá verse como el de la Figura 3.3. Debajo del Área de trabajo,
se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un comando; por
ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que elijamos un punto de
inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre la cuadrícula o
escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de un comando, se
debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic en la cruz que lo
cancela.
Habrá que tener cuidado en el trazado de la barra 5-8, dibujando
la misma en dos partes para que se defina el punto de aplicación de la
carga P3.
Figura 3.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -25-
Una vez completado el trazado del pórtico, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 3.3 – Dibujo del modelo.
3.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 3.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 3.4 – Creación del material Acero.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -26-
El segundo paso consiste en crear la sección de las vigas y columnas del pórtico, que se
logra con la opción Section Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo
(Figura 3.5) se pide que se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un pórtico, donde
las piezas que componen al mismo pueden resistir solicitación axial y flexión, se utilizará una
sección de tipo viga (Beam – Beam), y la cual se le asignará el material creado y la sección
transversal correspondiente según los datos del problema. Deberemos crear 3 secciones distintas,
teniendo en cuenta las distintas disposiciones de los perfiles. Se las llamará PNI1, PNI2 y PNI4 en
correspondencia a lo ilustrado en la Figura 3.1.
Figura 3.5 – Creación de las secciones.
Al crear la sección, aparece un cuadro de diálogo como el que se muestra en la Figura 3.6,
donde necesitaremos, en primer lugar, seleccionar que la integración de la sección se realice
antes del análisis, debido a que utilizaremos secciones generalizadas para las vigas y columnas.
Una vez realizado esto, debemos crear el perfil de nuestra sección haciendo clic en el botón que
se señala en la Figura 3.6, y seleccionando la opción para Perfil generalizado (Figura 3.7)
podremos ingresar los datos correspondientes a la sección, según la Figura 3.8 (donde se
muestran los tres perfiles que se deberán crear). Éste proceso se repetirá dos veces más, para
generar las tres secciones necesarias.
Figura 3.6 – Edición de la sección. Figura 3.7 – Perfil de la sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -27-
Figura 3.8 – Edición de los perfiles.
Cuando se proceda a seleccionar el perfil para la sección, se completará además con los
datos según se observa en la Figura 3.9.
Figura 3.9 – Edición final de la sección.
Una vez creadas las secciones, las mismas deben aplicarse a cada una de las componentes
del modelo. Para ello, se emplea la opción Assign Section de la barra de Menú. Se deben
seleccionar las barras deseadas y luego en el cuadro de diálogo que se muestra en las Figuras
3.10, 3.11 y 3.12 elegir las secciones creadas anteriormente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -28-
Figura 3.10 – Asignación de la sección PNI1.
Figura 3.11 – Asignación de la sección PNI2.
Figura 3.12 – Asignación de la sección PNI4.
A diferencia de las secciones de barra, para las secciones de viga debemos asignar una
orientación a las mismas, de manera de asegurarnos que las inercias de las mismas en el modelo
se correspondan con las que se plantea en el caso a resolver. Para ello, se emplea la opción
Assign Beam Section Orientation de la barra de Menú. En el caso de las vigas, debemos
asegurarnos que la dirección “n1” sea la horizontal, como se muestra en la Figura 3.13, mientras
que en las columnas la misma será vertical, según la Figura 3.14.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -29-
Figura 3.13 – Asignación de la orientación de la sección para las vigas.
Figura 3.14 – Asignación de la orientación de la sección para las columnas.
3.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el pórtico completo como
una pieza 2D, en el presente módulo solo necesitamos crear un
Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance
Create de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el
tipo dependiente o independiente indistintamente, ya que una u
otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar
el mallado del modelo. En la Figura 3.15 se muestra el cuadro de
diálogo de creación de la Instance, donde seleccionaremos la
parte creada (Portico en este ejemplo) y el tipo independiente.
Figura 3.15 – Ensamblado.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -30-
3.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 3.16, se
definirá el nombre del estado, luego de qué estado se aplicará
(aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
En el caso de los pórticos, resulta útil obtener los diagramas
de momentos flectores en las vigas y columnas, por lo que le
indicaremos a Abaqus que los calcule cuando realice el análisis, ya
que por defecto sólo calcula los momentos correspondientes a las
reacciones de vínculo. Para ello, vamos a Output Field Output
Request Edit F-Output-1 de la barra de Menú. Allí
seleccionaremos las opciones para momentos y fuerzas, según se
ve en la Figura 3.17.
Figura 3.16 – Estado de carga.
Figura 3.17 – Selección de las variables del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -31-
3.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se especificó en la
Figura 3.1, el pórtico cuenta con dos empotramientos y un apoyo fijo en los extremos de las
columnas inferiores del mismo. Para generarlos, vamos a la opción BC Create de la barra de
Menú. Luego, se seleccionan los puntos a los que se quiere aplicar la condición de borde y se
desplegará el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 3.18 donde se definirá en qué estado
de cargas se generarán las condiciones y de qué tipo serán. Luego en la Figura 3.19 - izquierda
definimos nulos los movimientos en x y en y (1 y 2) para representar el apoyo fijo y en la Figura
3.18 – derecha definimos nulos los movimientos en x y en y, y los giros en z (3).
Figura 3.18 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 3.19 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las cargas al pórtico, mediante la
opción Load Create de la barra de Menú. Allí se seleccionarán, para comenzar, la viga en la
que se encuentra aplicada la carga distribuida q. En un primer cuadro de diálogo, se establecerá
el nombre de la carga, en qué estado se aplicará y el tipo de la misma según se muestra en la
Figura 3.20, mientras que en el cuadro de Figura 3.21 se especificará el valor que tendrá la carga
q creada.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -32-
Figura 3.21 – Edición de la carga q.
Figura 3.20 – Creación de la carga q.
Luego de la carga q, deben crearse las cargas puntuales P1, P2 y P3. Para ello, se
seleccionará el punto en el que se aplica cada una de ellas y en el primer cuadro de diálogo se
establecerá el nombre de la carga (P1, P2 y P3 respectivamente), en qué estado se aplicará la
misma y el tipo según se muestra en la Figura 3.22, mientras que en el cuadro de Figura 3.23 se
especificará el valor que tendrá la carga creada.
Figura 3.23 – Edición de la carga P1.
Figura 3.22 – Creación de la carga P1.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -33-
Una vez creadas las cargas y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según
se muestra en la Figura 3.24.
Figura 3.24 – Modelo con apoyos y cargas.
3.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al
modelo será de elementos de tipo
viga de un tamaño tal que cada
una de las barras del pórtico se
encuentre conformada por un
elemento. Para ello, primero
debemos seleccionar el tipo de
elemento mediante la opción
Mesh Element Type de la
barra de Menú, que nos permitirá
establecer el tipo de elemento
Beam para nuestra malla según
se muestra en la Figura 3.25. Se
debe seleccionar la opción “Cubic
Formulation” para que los
elementos se correspondan con
los que se ven, por ejemplo, en la
materia “Elementos Finitos” de la
UTN - FRSF.
Figura 3.25 – Selección del tipo de elemento.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -34-
Luego se definirá un tamaño de elemento de 0,2 m con la opción Seed Instance como se
observa en la Figura 3.26. Finalmente se generará la malla según la opción Mesh Instance de
la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance dependiente, la opción
que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
Figura 3.26 – Selección del tamaño de elemento.
3.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 3.27.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 3.28). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 3.29.
Figura 3.28 – Opciones de análisis.
Figura 3.27 – Creación del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -35-
Figura 3.29 – Ventana de monitoreo del análisis.
3.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 3.28. Automáticamente, Abaqus abrirá el archivo *odb correspondiente y podremos
trabajar con las distintas opciones que el programa nos presenta para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 3.30. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y SM los momentos flectores en las
secciones.
Figura 3.30 – Resultados, Field Output.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -36-
Al seleccionar alguna de las opciones, se mostrará en la ventana de trabajo el resultado
para la variable elegida. En la opción Plot de la Barra de Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los diagramas de contorno (Contours) como los vectoriales
(Symbol) pueden graficarse en el modelo deformado o sin deformar. En la Figura 3.31 se
observan los desplazamientos en la estructura deformada según un diagrama de contorno, en la
Figura 3.32 se trazaron giros en un diagrama de contorno y finalmente en las Figuras 3.33 y 3.34
los vectores correspondientes a las fuerzas de las reacciones de vínculo.
Figura 3.31 – Diagrama de contorno de los desplazamientos en la estructura deformada.
Figura 3.32 – Diagrama de contorno de los giros.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -37-
Figura 3.33 – Vectores de las reacciones de vínculo horizontales.
Figura 3.34 – Vectores de las reacciones de vínculo verticales.
Para poder visualizar los diagramas de momentos flectores en las secciones, primero
debemos seleccionar la variable SM para que se muestre su correspondiente diagrama de
contorno. Luego, vamos a la opción Option Contour de la barra de Menú, que nos abrirá el
cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 3.35.
Allí debemos seleccionar la opción “Quilt” para el tipo de diagrama de contorno y la opción
“Show tick marks for line elements”. De esta forma, podemos observar el diagrama de momentos
flectores en los distintos componentes del modelo según se ve en la Figura 3.36.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -38-
Figura 3.36 – Edición del diagrama de contorno.
Figura 3.36 – Vectores de las reacciones de vínculo verticales.
En el caso que se quiera conocer el diagrama de momentos flectores con mayor detalle y
magnitudes para alguna viga o columna, se deberá generar
una tabla de valores del tipo XY para luego graficar el
diagrama. Para ello, necesitamos primero crear un camino
que conforme dicha sección, mediante la opción Tools
Path Create de la barra de Menú. Se desplegará un
cuadro de diálogo como el que se muestra en la Figura 3.37,
donde le daremos un nombre a la sección deseada y
seleccionaremos como tipo el correspondiente a una lista de
puntos. En un segundo cuadro de diálogo, se podrán ingresar
las coordenadas de los puntos de la sección, según se
observa en la Figura 3.38. Se decidió considerar el tamaño
de los elementos, y crear puntos cada 0,2 m.
Figura 3.37 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -39-
Figura 4.38 – Introducción de los puntos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para los momentos
flectores actuantes en la viga superior del pórtico. Al fin de realizar lo
mencionado, debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la
barra de Menú y seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo
de la Figura 4.39.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 4.40) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Momentos_flectores).
Figura 4.39 – Creación de una tabla XY.
Figura 4.40 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -40-
Para crear un gráfico de los momentos flectores en la viga superior, debemos emplear la
opción Tools XY Data Plot Momentos_flectores de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 4.41 se observa el gráfico creado.
Figura 3.41 – Gráfico de las tensiones x a lo largo de la sección central de la viga.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 3.42. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 4.31 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -41-
4. ESTUDIO DE CASO: VIGA DE GRAN ALGURA SOMETIDA A UN E.P.T.
4.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará una viga de gran altura sometida a un Estado Plano de
Tensiones generado por una carga uniformemente distribuida. En la Figura 4.1 se esquematiza la
misma y se presentan a continuación los datos necesarios para el modelado numérico.
Datos:
q=100 kN/m a=1 m E=2,8·107 kPa =0,2
Tipo de elemento: Plane Stress (Elemento de Estado Plano de Tensión)
Figura 4.1 – Viga de gran altura a modelar.
4.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos la viga propuesta para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base una placa (shell), según se
muestra en la Figura 4.2. De nombre se utilizó el término VGA, pero
puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
la viga, que deberá verse como la de la Figura 4.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic
sobre la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el
uso de un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o
hacerse clic en la cruz que lo cancela.
Habrá que tener cuidado en el trazado de los bordes superior
e inferior de la viga, dibujando la misma en tres partes para que se
definan las zonas donde se aplicarán o no cargas o restricciones.
Figura 4.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -42-
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 4.3 – Dibujo del modelo.
4.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 4.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Hormigon) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del
módulo de Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 4.4 – Creación del material Hormigon.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -43-
El segundo paso consiste en crear la sección de la viga, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 4.5 - izquierda) se pide
que se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de una viga de gran altura sometida a un
estado plano de tensión, se utilizará una sección de tipo homogénea (Solid - Homogeneous), a la
cual se le asignará el material creado y una sección transversal unitaria (Figura 4.5 – derecha).
Figura 4.5 – Creación de la sección.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse a la viga de gran altura. Para ello, se
emplea la opción Assign Section de la barra de Menú. Se debe seleccionar la viga y la sección
anteriormente creada según se muestra en la Figura 4.6.
Figura 4.6 – Asignación de la sección.
4.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos la viga como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente o independiente
indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 4.7 se muestra el cuadro de diálogo de creación de la Instance,
donde seleccionaremos la parte creada (VGA en este ejemplo) y el tipo independiente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -44-
Figura 4.7 – Ensamblado.
4.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 4.8, se definirá el nombre del estado,
luego de qué estado se aplicará (aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
4.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se especificó en la
Figura 4.1, la viga de gran altura cuenta con dos apoyos simples en el borde inferior de la misma.
Para generarlos, vamos a la opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se seleccionan las
secciones a los que se quiere aplicar la condición de borde y se desplegará un primer cuadro de
diálogo que se muestra en la Figura 4.9 donde se definirá en qué estado de cargas se generarán
las condiciones y de qué tipo. Luego en la Figura 4.10 definimos nulos los movimientos en y (2)
para representar el apoyo móvil del modelo.
Figura 4.9 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 4.8 – Estado de carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -45-
Figura 4.10 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicará la carga a la viga, mediante la
opción Load Create de la barra de Menú. Allí se seleccionará la sección del borde superior en
la que se encuentra aplicada la carga distribuida q. En un primer cuadro de diálogo, se
establecerá el nombre de la carga, en qué estado se aplicará y el tipo de la misma según se
muestra en la Figura 4.11, mientras que en el cuadro de Figura 4.12 se especificará el valor que
tendrá la carga q creada.
Figura 4.12 – Edición de la carga q.
Figura 4.11 – Creación de la carga q.
Una vez creada la carga y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se
muestra en la Figura 4.13.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -46-
Figura 4.13 – Modelo con apoyos y carga.
4.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo estado plano de tensión. Para
ello, primero debemos seleccionar el
tipo de elemento mediante la opción
Mesh Element Type de la barra de
Menú, que nos permitirá establecer el
tipo de elemento Plane Stress para
nuestra malla según se muestra en la
Figura 4.14.
Luego se definirá una forma para
los elementos, ya que los mismos
pueden ser triangulares o
cuadrangulares. Se seleccionarán los
últimos (ya que la geometría de la viga
lo permite) mediante la opción Mesh
Controls de la barra de Menú, que nos
permitirá establecer elementos
cuadrangulares estructurados (lo que
garantizará uniformidad en el tamaño
de los mismos) según se muestra en la
Figura 4.15.
Figura 4.14 – Selección del tipo de elemento.
Para finalizar, se seleccionará un tamaño de elemento de 0,05 m con la opción Seed
Instance como se observa en la Figura 4.16. Finalmente se generará la malla según la opción
Mesh Instance de la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance
dependiente, la opción que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
Una vez generada la malla, se deberá ver como se muestra en la Figura 4.17.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -47-
Figura 4.15 – Selección de la forma de elemento.
Figura 4.16 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 4.17 – Malla del modelo.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -48-
4.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 4.18.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 4.19). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 4.20.
Figura 4.19 – Opciones de análisis.
Figura 4.18 – Creación del análisis.
Figura 4.20 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -49-
4.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 4.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 4.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 4.21 – Resultados, Field Output.
A continuación, en la Figura 4.22 se observa el diagrama de contorno para las tensiones x
(S11), en la Figura 4.22 el correspondiente a las tensiones y (S22) y en la Figura 4.23 las
tensiones xy (S12). En la Figura 4.24 se observa el diagrama de vectores y tensores
correspondientes a las tensiones máximas.
Figura 4.22 – Diagrama de contorno de las tensiones x en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -50-
Figura 4.23 – Diagrama de contorno de las tensiones y en la estructura sin deformar.
Figura 4.24 – Diagrama de contorno de las tensiones xy en la estructura sin deformar.
Figura 4.25 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -51-
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una determinada sección, como por ejemplo la
central. Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con
estos datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un camino
que conforme dicha sección, mediante la opción Tools
Path Create de la barra de Menú. Se desplegará un
cuadro de diálogo como el que se muestra en la Figura 4.26,
donde le daremos un nombre a la sección deseada y
seleccionaremos como tipo el correspondiente a una lista de
puntos. En un segundo cuadro de diálogo, se podrán ingresar
las coordenadas de los puntos de la sección, según se
observa en la Figura 4.27. Se decidió considerar el tamaño de
los elementos, y crear puntos cada 0,05 m.
Figura 4.26 – Creación de un camino para una sección.
Figura 4.27 – Introducción de los puntos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
4.28.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 4.29) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_x).
Figura 4.28 – Creación de una tabla XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -52-
Figura 4.29 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
Para crear un gráfico de las tensiones x en la sección central, debemos emplear la opción
Tools XY Data Plot Tensiones_x de la barra de Menú. Automáticamente, Abaqus
generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options podemos
editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las leyendas los
ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 4.30 se observa el gráfico creado.
Figura 4.30 – Gráfico de las tensiones x a lo largo de la sección central de la viga.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 4.31. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -53-
Figura 4.31 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -54-
5. ESTUDIO DE CASO: TUBO DE PARED GRUESA SOMETIDO A UN E.P.D.
5.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará un tubo de pared gruesa sometida a un Estado Plano de
Deformación generado por una presión interior y otra exterior. En la Figura 5.1 se esquematiza el
mismo y se presentan a continuación los datos necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P1=60·103 kPa P2=25·103 kPa R1=0,2 m R2=0,3 m
E=2,1·108 kPa =0,2
Tipo de elemento: Plane Strain (Elemento de Estado Plano de Deformación)
Figura 5.1 – Tubo de pared gruesa a modelar.
5.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el tubo propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base una placa (shell), según se
muestra en la Figura 5.2. De nombre se utilizó el término Tubo, pero
puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
el tubo, que deberá verse como la de la Figura 5.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre
la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de
un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic
en la cruz que lo cancela.
Debido a la simetría del tubo, se realizará un modelo de una
sección igual a un cuarto del mismo para simplificar los cálculos y el
tiempo de los mismos.
Figura 5.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -55-
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 5.3 – Dibujo del modelo.
5.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 5.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 5.4 – Creación del material Acero.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -56-
El segundo paso consiste en crear la sección del tubo, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 5.5 - izquierda) se pide que
se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un tubo de pared gruesa sometida a un
estado plano de deformación, se utilizará una sección de tipo homogénea (Solid - Homogeneous),
a la cual se le asignará el material creado y una sección transversal unitaria (Figura 5.5 –
derecha).
Figura 5.5 – Creación de la sección.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse al tubo. Para ello, se emplea la opción
Assign Section de la barra de Menú. Se debe seleccionar el tubo y la sección anteriormente
creada según se muestra en la Figura 5.6.
Figura 5.6 – Asignación de la sección.
5.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el tubo como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente o independiente
indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 5.7 se muestra el cuadro de diálogo de creación de la Instance,
donde seleccionaremos la parte creada (Tubo en este ejemplo) y el tipo independiente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -57-
Figura 5.7 – Ensamblado.
5.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 5.8, se definirá el nombre del estado,
luego de qué estado se aplicará (aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
5.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se trabaja con un
cuarto del tubo, se deberán restringir los movimientos verticales en el borde horizontal y los
movimientos horizontales en el borde vertical. Para generar dichas restricciones, vamos a la
opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se seleccionan las secciones a los que se quiere
aplicar la condición de borde y se desplegará un primer cuadro de diálogo que se muestra en la
Figura 5.9 donde se definirá en qué estado de cargas se generarán las condiciones y de qué tipo.
Luego en la Figura 5.10 definimos nulos los movimientos en (1) y en (2) respectivamente para
representar cada una de las restricciones del modelo.
Figura 5.9 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 5.8 – Estado de carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -58-
Figura 5.10 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las presiones, mediante la opción
Load Create de la barra de
Menú. Allí se seleccionará el
borde interior, donde se
encuentra aplicada la presión
P1. En un primer cuadro de
diálogo, se establecerá el
nombre de la carga, en qué
estado se aplicará y el tipo de
la misma según se muestra en
la Figura 5.11 - izquierda,
mientras que en el cuadro de
Figura 5.12 - izquierda se
especificará el valor que
tendrá la carga P1 creada. Se
procederá igual para la presión
P2, según se indica en las
Figuras 5.11 y 5.12 – derecha.
FFigura 5.11 – Creación de las presiones P1 y P2.
Figura 5.12 – Edición de las presiones P1 y P2.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -59-
Una vez creada la carga y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se
muestra en la Figura 5.13.
Figura 5.13 – Modelo con apoyos y carga.
5.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo estado plano de deformación.
Para ello, primero debemos
seleccionar el tipo de elemento
mediante la opción Mesh Element
Type de la barra de Menú, que nos
permitirá establecer el tipo de
elemento Plane Strain para nuestra
malla según se muestra en la Figura
5.14.
Luego se definirá una forma
para los elementos, ya que los
mismos pueden ser triangulares o
cuadrangulares. Se seleccionarán los
últimos (ya que la geometría de la
viga lo permite) mediante la opción
Mesh Controls de la barra de
Menú, que nos permitirá establecer
elementos cuadrangulares
estructurados (lo que garantizará
uniformidad en el tamaño de los
mismos) según se muestra en la
Figura 4.15.
Figura 5.14 – Selección del tipo de elemento.
Para finalizar, se seleccionará un tamaño de elemento de 0,075 m con la opción Seed
Instance como se observa en la Figura 5.16. Finalmente se generará la malla según la opción
Mesh Instance de la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance
dependiente, la opción que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -60-
Una vez generada la malla, se deberá ver como se muestra en la Figura 5.17.
Figura 5.15 – Selección de la forma de elemento.
Figura 4.16 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 4.17 – Malla del modelo.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -61-
5.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 5.18.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 5.19). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 5.20.
Figura 5.19 – Opciones de análisis.
Figura 5.18 – Creación del análisis.
Figura 5.20 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -62-
5.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 5.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 5.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 5.21 – Resultados, Field Output.
Como se trata de un tubo, es importante conocer las tensiones en coordenadas polares, por
lo que se deberá generar un sistema de
coordenadas cilíndricas y transformar los
resultados. Para ello, vamos a la opción Tools
Coordinate System Create de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 5.22. Allí elegiremos el nombre para
nuestro sistema (Coord_Polares), el tipo
cilíndricas y como modo para generarlo, tres
puntos. A continuación, se nos pedirá ingresar
los tres puntos, donde nuestro origen será
(0,0,0), el punto para el eje R será (1,0,0) y
para el eje será (0,1,0). Finalizada ésta tarea, el
sistema se verá como se muestra en la Figura
5.23.
Figura 5.22 – Creación de un sistema de coordenadas cilíndricas.
Para transformar los resultados, debemos ir a la opción Results Options de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 5.24. En la pestaña denominada
Transformation elegimos la opción “User-spicified” (especificada por el usuario) y allí
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -63-
seleccionamos el sistema de coordenadas que creamos. Al hacer clic en el botón OK, la
transformación se aplica automáticamente.
Figura 5.23 – Sistema de coordenadas cilíndricas.
Figura 5.24 – Transformación de los resultados al sistema de coordenadas cilíndricas.
A continuación, en la Figura 5.25 se observa el diagrama de contorno para las tensiones r
(S11), en la Figura 5.26 el correspondiente a las tensiones (S22) y en la Figura 5.27 se
observa el diagrama de vectores y tensores correspondientes a las tensiones principales.
Figura 5.25 – Diagrama de contorno de las tensiones r en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -64-
Figura 5.26 – Diagrama de contorno de las tensiones en la estructura sin deformar.
Figura 5.27 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales..
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una
determinada sección, como por ejemplo la central.
Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con estos
datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un
camino que conforme dicha sección, mediante la opción
Tools Path Create de la barra de Menú. Se
desplegará un cuadro de diálogo como el que se muestra
en la Figura 5.28, donde le daremos un nombre a la
sección deseada y seleccionaremos como tipo el
correspondiente a una lista de nodos. En un segundo
cuadro de diálogo, se podrán seleccionar los nodos de la
sección del modelo mediante el botón “Ad before”, según
se observa en la Figura 5.29.
Figura 5.28 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -65-
Figura 5.29 – Introducción de los nodos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
5.30.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 5.31) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_r).
Figura 5.30 – Creación de una tabla XY.
Figura 5.31 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -66-
Para crear un gráfico de las tensiones r en una sección de radio variable, debemos emplear
la opción Tools XY Data Plot Tensiones_r de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 32 se observa el gráfico creado.
Figura 5.32 – Gráfico de las tensiones r a lo largo de una sección de radio variable.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 5.33. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 5.33 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -67-
6. ESTUDIO DE CASO: FLUJO EN MEDIOS POROSOS BAJO UNA PRESA
6.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará el flujo en el suelo (medio poroso) bajo una presa de
hormigón. En la Figura 6.1 se esquematiza el mismo y se presentan a continuación los datos
necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P1=60·103 kPa P2=25·103 kPa R1=0,3 m R2=0,2 m
E=2,1·108 kPa =0,2
Tipo de elemento: Plane Strain (Elemento de Estado Plano de Deformación)
Figura 5.1 – Tubo de pared gruesa a modelar.
6.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el tubo propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base una placa (shell), según se
muestra en la Figura 5.2. De nombre se utilizó el término Tubo, pero
puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
el tubo, que deberá verse como la de la Figura 5.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre
la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de
un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic
en la cruz que lo cancela.
Debido a la simetría del tubo, se realizará un modelo de una
sección igual a un cuarto del mismo para simplificar los cálculos y el
tiempo de los mismos.
Figura 5.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -68-
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 5.3 – Dibujo del modelo.
6.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 5.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 5.4 – Creación del material Acero.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -69-
El segundo paso consiste en crear la sección del tubo, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 5.5 - izquierda) se pide que
se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un tubo de pared gruesa sometida a un
estado plano de deformación, se utilizará una sección de tipo homogénea (Solid - Homogeneous),
a la cual se le asignará el material creado y una sección transversal unitaria (Figura 5.5 –
derecha).
Figura 5.5 – Creación de la sección.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse al tubo. Para ello, se emplea la opción
Assign Section de la barra de Menú. Se debe seleccionar el tubo y la sección anteriormente
creada según se muestra en la Figura 5.6.
Figura 5.6 – Asignación de la sección.
6.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el tubo como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente o independiente
indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 5.7 se muestra el cuadro de diálogo de creación de la Instance,
donde seleccionaremos la parte creada (Tubo en este ejemplo) y el tipo independiente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -70-
Figura 5.7 – Ensamblado.
6.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 5.8, se definirá el nombre del estado,
luego de qué estado se aplicará (aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
6.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se trabaja con un
cuarto del tubo, se deberán restringir los movimientos verticales en el borde horizontal y los
movimientos horizontales en el borde vertical. Para generar dichas restricciones, vamos a la
opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se seleccionan las secciones a los que se quiere
aplicar la condición de borde y se desplegará un primer cuadro de diálogo que se muestra en la
Figura 5.9 donde se definirá en qué estado de cargas se generarán las condiciones y de qué tipo.
Luego en la Figura 5.10 definimos nulos los movimientos en (1) y en (2) respectivamente para
representar cada una de las restricciones del modelo.
Figura 5.9 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 5.8 – Estado de carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -71-
Figura 5.10 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las presiones, mediante la opción
Load Create de la barra de
Menú. Allí se seleccionará el
borde interior, donde se
encuentra aplicada la presión
P1. En un primer cuadro de
diálogo, se establecerá el
nombre de la carga, en qué
estado se aplicará y el tipo de
la misma según se muestra en
la Figura 5.11 - izquierda,
mientras que en el cuadro de
Figura 5.12 - izquierda se
especificará el valor que
tendrá la carga P1 creada. Se
procederá igual para la presión
P2, según se indica en las
Figuras 5.11 y 5.12 – derecha.
FFigura 5.11 – Creación de las presiones P1 y P2.
Figura 5.12 – Edición de las presiones P1 y P2.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -72-
Una vez creada la carga y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se
muestra en la Figura 5.13.
Figura 5.13 – Modelo con apoyos y carga.
6.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo estado plano de deformación.
Para ello, primero debemos
seleccionar el tipo de elemento
mediante la opción Mesh Element
Type de la barra de Menú, que nos
permitirá establecer el tipo de
elemento Plane Strain para nuestra
malla según se muestra en la Figura
5.14.
Luego se definirá una forma
para los elementos, ya que los
mismos pueden ser triangulares o
cuadrangulares. Se seleccionarán los
últimos (ya que la geometría de la
viga lo permite) mediante la opción
Mesh Controls de la barra de
Menú, que nos permitirá establecer
elementos cuadrangulares
estructurados (lo que garantizará
uniformidad en el tamaño de los
mismos) según se muestra en la
Figura 4.15.
Figura 5.14 – Selección del tipo de elemento.
Para finalizar, se seleccionará un tamaño de elemento de 0,075 m con la opción Seed
Instance como se observa en la Figura 5.16. Finalmente se generará la malla según la opción
Mesh Instance de la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance
dependiente, la opción que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -73-
Una vez generada la malla, se deberá ver como se muestra en la Figura 5.17.
Figura 5.15 – Selección de la forma de elemento.
Figura 4.16 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 4.17 – Malla del modelo.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -74-
6.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 5.18.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 5.19). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 5.20.
Figura 5.19 – Opciones de análisis.
Figura 5.18 – Creación del análisis.
Figura 5.20 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -75-
6.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 5.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 5.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 5.21 – Resultados, Field Output.
Como se trata de un tubo, es importante conocer las tensiones en coordenadas polares, por
lo que se deberá generar un sistema de
coordenadas cilíndricas y transformar los
resultados. Para ello, vamos a la opción Tools
Coordinate System Create de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 5.22. Allí elegiremos el nombre para
nuestro sistema (Coord_Polares), el tipo
cilíndricas y como modo para generarlo, tres
puntos. A continuación, se nos pedirá ingresar
los tres puntos, donde nuestro origen será
(0,0,0), el punto para el eje R será (1,0,0) y
para el eje será (0,1,0). Finalizada ésta tarea, el
sistema se verá como se muestra en la Figura
5.23.
Figura 5.22 – Creación de un sistema de coordenadas cilíndricas.
Para transformar los resultados, debemos ir a la opción Results Options de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 5.24. En la pestaña denominada
Transformation elegimos la opción “User-spicified” (especificada por el usuario) y allí
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -76-
seleccionamos el sistema de coordenadas que creamos. Al hacer clic en el botón OK, la
transformación se aplica automáticamente.
Figura 5.23 – Sistema de coordenadas cilíndricas.
Figura 5.24 – Transformación de los resultados al sistema de coordenadas cilíndricas.
A continuación, en la Figura 5.25 se observa el diagrama de contorno para las tensiones r
(S11), en la Figura 5.26 el correspondiente a las tensiones (S22) y en la Figura 5.27 se
observa el diagrama de vectores y tensores correspondientes a las tensiones principales.
Figura 5.25 – Diagrama de contorno de las tensiones r en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -77-
Figura 5.26 – Diagrama de contorno de las tensiones en la estructura sin deformar.
Figura 5.27 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales..
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una
determinada sección, como por ejemplo la central.
Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con estos
datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un
camino que conforme dicha sección, mediante la opción
Tools Path Create de la barra de Menú. Se
desplegará un cuadro de diálogo como el que se muestra
en la Figura 5.28, donde le daremos un nombre a la
sección deseada y seleccionaremos como tipo el
correspondiente a una lista de nodos. En un segundo
cuadro de diálogo, se podrán seleccionar los nodos de la
sección del modelo mediante el botón “Ad before”, según
se observa en la Figura 5.29.
Figura 5.28 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -78-
Figura 5.29 – Introducción de los nodos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
5.30.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 5.31) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_r).
Figura 5.30 – Creación de una tabla XY.
Figura 5.31 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -79-
Para crear un gráfico de las tensiones r en una sección de radio variable, debemos emplear
la opción Tools XY Data Plot Tensiones_r de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 32 se observa el gráfico creado.
Figura 5.32 – Gráfico de las tensiones r a lo largo de una sección de radio variable.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 5.33. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 5.33 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -80-
7. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS TERMOMECÁNICO DE UN TUBO
7.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará el flujo en el suelo (medio poroso) bajo una presa de
hormigón. En la Figura 6.1 se esquematiza el mismo y se presentan a continuación los datos
necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P1=60·103 kPa P2=25·103 kPa R1=0,3 m R2=0,2 m
E=2,1·108 kPa =0,2
Tipo de elemento: Plane Strain (Elemento de Estado Plano de Deformación)
Figura 5.1 – Tubo de pared gruesa a modelar.
7.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el tubo propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base una placa (shell), según se
muestra en la Figura 5.2. De nombre se utilizó el término Tubo, pero
puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
el tubo, que deberá verse como la de la Figura 5.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre
la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de
un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic
en la cruz que lo cancela.
Debido a la simetría del tubo, se realizará un modelo de una
sección igual a un cuarto del mismo para simplificar los cálculos y el
tiempo de los mismos.
Figura 5.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -81-
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 5.3 – Dibujo del modelo.
7.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 5.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
Figura 5.4 – Creación del material Acero.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -82-
El segundo paso consiste en crear la sección del tubo, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 5.5 - izquierda) se pide que
se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un tubo de pared gruesa sometida a un
estado plano de deformación, se utilizará una sección de tipo homogénea (Solid - Homogeneous),
a la cual se le asignará el material creado y una sección transversal unitaria (Figura 5.5 –
derecha).
Figura 5.5 – Creación de la sección.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse al tubo. Para ello, se emplea la opción
Assign Section de la barra de Menú. Se debe seleccionar el tubo y la sección anteriormente
creada según se muestra en la Figura 5.6.
Figura 5.6 – Asignación de la sección.
7.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el tubo como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente o independiente
indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 5.7 se muestra el cuadro de diálogo de creación de la Instance,
donde seleccionaremos la parte creada (Tubo en este ejemplo) y el tipo independiente.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -83-
Figura 5.7 – Ensamblado.
7.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 5.8, se definirá el nombre del estado,
luego de qué estado se aplicará (aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
7.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se trabaja con un
cuarto del tubo, se deberán restringir los movimientos verticales en el borde horizontal y los
movimientos horizontales en el borde vertical. Para generar dichas restricciones, vamos a la
opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se seleccionan las secciones a los que se quiere
aplicar la condición de borde y se desplegará un primer cuadro de diálogo que se muestra en la
Figura 5.9 donde se definirá en qué estado de cargas se generarán las condiciones y de qué tipo.
Luego en la Figura 5.10 definimos nulos los movimientos en (1) y en (2) respectivamente para
representar cada una de las restricciones del modelo.
Figura 5.9 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 5.8 – Estado de carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -84-
Figura 5.10 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las presiones, mediante la opción
Load Create de la barra de
Menú. Allí se seleccionará el
borde interior, donde se
encuentra aplicada la presión
P1. En un primer cuadro de
diálogo, se establecerá el
nombre de la carga, en qué
estado se aplicará y el tipo de
la misma según se muestra en
la Figura 5.11 - izquierda,
mientras que en el cuadro de
Figura 5.12 - izquierda se
especificará el valor que
tendrá la carga P1 creada. Se
procederá igual para la presión
P2, según se indica en las
Figuras 5.11 y 5.12 – derecha.
FFigura 5.11 – Creación de las presiones P1 y P2.
Figura 5.12 – Edición de las presiones P1 y P2.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -85-
Una vez creada la carga y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se
muestra en la Figura 5.13.
Figura 5.13 – Modelo con apoyos y carga.
7.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo estado plano de deformación.
Para ello, primero debemos
seleccionar el tipo de elemento
mediante la opción Mesh Element
Type de la barra de Menú, que nos
permitirá establecer el tipo de
elemento Plane Strain para nuestra
malla según se muestra en la Figura
5.14.
Luego se definirá una forma
para los elementos, ya que los
mismos pueden ser triangulares o
cuadrangulares. Se seleccionarán los
últimos (ya que la geometría de la
viga lo permite) mediante la opción
Mesh Controls de la barra de
Menú, que nos permitirá establecer
elementos cuadrangulares
estructurados (lo que garantizará
uniformidad en el tamaño de los
mismos) según se muestra en la
Figura 4.15.
Figura 5.14 – Selección del tipo de elemento.
Para finalizar, se seleccionará un tamaño de elemento de 0,075 m con la opción Seed
Instance como se observa en la Figura 5.16. Finalmente se generará la malla según la opción
Mesh Instance de la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance
dependiente, la opción que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -86-
Una vez generada la malla, se deberá ver como se muestra en la Figura 5.17.
Figura 5.15 – Selección de la forma de elemento.
Figura 4.16 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 4.17 – Malla del modelo.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -87-
7.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 5.18.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 5.19). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 5.20.
Figura 5.19 – Opciones de análisis.
Figura 5.18 – Creación del análisis.
Figura 5.20 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -88-
7.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 5.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 5.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 5.21 – Resultados, Field Output.
Como se trata de un tubo, es importante conocer las tensiones en coordenadas polares, por
lo que se deberá generar un sistema de
coordenadas cilíndricas y transformar los
resultados. Para ello, vamos a la opción Tools
Coordinate System Create de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 5.22. Allí elegiremos el nombre para
nuestro sistema (Coord_Polares), el tipo
cilíndricas y como modo para generarlo, tres
puntos. A continuación, se nos pedirá ingresar
los tres puntos, donde nuestro origen será
(0,0,0), el punto para el eje R será (1,0,0) y
para el eje será (0,1,0). Finalizada ésta tarea, el
sistema se verá como se muestra en la Figura
5.23.
Figura 5.22 – Creación de un sistema de coordenadas cilíndricas.
Para transformar los resultados, debemos ir a la opción Results Options de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 5.24. En la pestaña denominada
Transformation elegimos la opción “User-spicified” (especificada por el usuario) y allí
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -89-
seleccionamos el sistema de coordenadas que creamos. Al hacer clic en el botón OK, la
transformación se aplica automáticamente.
Figura 5.23 – Sistema de coordenadas cilíndricas.
Figura 5.24 – Transformación de los resultados al sistema de coordenadas cilíndricas.
A continuación, en la Figura 5.25 se observa el diagrama de contorno para las tensiones r
(S11), en la Figura 5.26 el correspondiente a las tensiones (S22) y en la Figura 5.27 se
observa el diagrama de vectores y tensores correspondientes a las tensiones principales.
Figura 5.25 – Diagrama de contorno de las tensiones r en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -90-
Figura 5.26 – Diagrama de contorno de las tensiones en la estructura sin deformar.
Figura 5.27 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales..
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una
determinada sección, como por ejemplo la central.
Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con estos
datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un
camino que conforme dicha sección, mediante la opción
Tools Path Create de la barra de Menú. Se
desplegará un cuadro de diálogo como el que se muestra
en la Figura 5.28, donde le daremos un nombre a la
sección deseada y seleccionaremos como tipo el
correspondiente a una lista de nodos. En un segundo
cuadro de diálogo, se podrán seleccionar los nodos de la
sección del modelo mediante el botón “Ad before”, según
se observa en la Figura 5.29.
Figura 5.28 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -91-
Figura 5.29 – Introducción de los nodos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
5.30.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 5.31) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_r).
Figura 5.30 – Creación de una tabla XY.
Figura 5.31 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -92-
Para crear un gráfico de las tensiones r en una sección de radio variable, debemos emplear
la opción Tools XY Data Plot Tensiones_r de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 32 se observa el gráfico creado.
Figura 5.32 – Gráfico de las tensiones r a lo largo de una sección de radio variable.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 5.33. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 5.33 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -93-
8. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS LÍMITE DE UNA VIGA HIPERESTÁTICA
8.1. Descripción del caso
En la presente sección se realizará el analizará el análisis límite de una viga hiperestática
sometida a cargas puntuales. En la Figura 8.1 se esquematiza la misma y se presentan a
continuación los datos necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P=1 kN E=2,1·108 kPa =0,2 sy=4200
Sección: PNI 20
Tipo de elemento: Plane Strain (Elemento de Estado Plano de Deformación)
Figura 8.1 – Viga hiperestática.
8.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el tubo propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base un cable (wire), según se
muestra en la Figura 8.2. De nombre se utilizó el término Viga_hiper,
pero puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
la viga, que deberá verse como la de la Figura 8.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre
la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de
un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic
en la cruz que lo cancela.
Deben crearse la viga según los tramos indicados en la Figura
8.1, para contar con todos los puntos de aplicación de cargas.
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en
el botón “Done” (ubicado debajo del Área de trabajo) para aceptar y
guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se perderá.
Figura 8.2 – Opciones de la parte.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -94-
Figura 8.3 – Dibujo del modelo.
8.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 8.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson y otra propiedad mecánica plástica con el valor de la tensión
límite que se dio como dato para el problema.
Figura 8.4 – Creación del material Acero.
El segundo paso consiste en crear la sección de la viga, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 8.5) se pide que se
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -95-
asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de una viga con cargas perpendiculares a la
misma, la sección dede resistir solicitación axial y flexión, por lo que se utilizará una sección de
tipo viga (Beam – Beam), y la cual se le asignará el material creado y la sección transversal
correspondiente según los datos del problema.
Figura 8.5 – Creación de las sección.
Al crear la sección, aparece un cuadro de diálogo como el que se muestra en la Figura 8.6,
donde necesitaremos, en primer lugar, seleccionar que la integración de la sección se realice
durante del análisis. Una vez realizado esto, debemos crear el perfil de nuestra sección haciendo
clic en el botón que se señala en la Figura 8.6, y seleccionando la opción para Perfil I (Figura 8.7)
podremos ingresar los datos correspondientes a la sección, según la Figura 8.8 (donde se
muestran los tres perfiles que se deberán crear). Éste proceso se repetirá dos veces más, para
generar las tres secciones necesarias.
Figura 8.6 – Edición de la sección. Figura 8.7 – Perfil de la sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -96-
Figura 8.8 – Edición de los perfiles.
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse a cada uno de los tramos de la viga.
Para ello, se emplea la opción Assign Section de la barra de Menú. Se deben seleccionar los
tramos deseados y luego en el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 8.9., elegir la
sección creada anteriormente.
Figura 8.9 – Asignación de la sección PNI.
A diferencia de las secciones de barra, para las secciones de viga debemos asignar una
orientación a las mismas, de manera de asegurarnos que las inercias de las mismas en el modelo
se correspondan con las que se plantea en el caso a resolver. Para ello, se emplea la opción
Assign Beam Section Orientation de la barra de Menú. En el caso de la viga que se modela,
debemos asegurarnos que la dirección “n1” sea la horizontal, como se muestra en la Figura 3.10,
resultando entonces vertical el eje 2 y horizontal el eje 1 en coincidencia con los ejes de la
sección de la Figura 8.8.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -97-
Figura 8.10 – Asignación de la orientación de la sección para la viga.
8.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos la viga como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo
dependiente o independiente indistintamente, ya que una u otra
opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 8.11 se muestra el cuadro de
diálogo de creación de la Instance, donde seleccionaremos la
parte creada (Viga_hiper en este ejemplo) y el tipo
independiente.
Figura 8.11 – Ensamblado.
8.5. Módulo Step
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 8.12, se
definirá el nombre del estado, luego de qué estado se aplicará
(aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento (General,
estático, Riks).
Figura 8.12 – Estado de
carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -98-
8.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Para generar el
empotramiento y los apoyos móviles, vamos a la opción BC Create de la barra de Menú.
Luego, se seleccionan los puntos a los que se quiere aplicar la condición de borde y se desplegará
un primer cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 8.13 donde se definirá en qué estado de
cargas se generarán las condiciones y de qué tipo. Luego en la Figura 8.14 definimos nulos los
movimientos en x (1) y en y (2) y los giros respecto a z (3) para representar el empotramiento, y
nulos los desplazamientos en y (2) para los apoyos móviles.
Figura 8.13 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 8.14 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se generarán las cargas puntuales, mediante la
opción Load Create de la barra de Menú. Allí se seleccionará el punto de aplicación de las
mismas, y en un primer cuadro de diálogo, se establecerá el nombre de la carga, en qué estado
se aplicará y el tipo según se muestra en la Figura 8.15, mientras que en el cuadro de Figura
8.16 se especificará el valor que tendrá la carga P1 creada. Se procederá de la misma forma para
las tres cargas.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -99-
Figura 8.15 – Creación de las cargas puntuales.
Figura 8.16 – Edición de las cargas.
Una vez creada las cargas y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se
muestra en la Figura 8.17.
Figura 8.17 – Modelo con apoyos y cargas.
8.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo viga. Para ello, primero
debemos seleccionar el tipo de elemento mediante la opción Mesh Element Type de la barra
de Menú, que nos permitirá establecer el tipo de elemento Beam para nuestra malla según se
muestra en la Figura 8.18. Debemos seleccionar la opción “Cubic formulation” dentro del tipo de
elemento de viga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -100-
Luego, se seleccionará
un tamaño de elemento de
0,10 m con la opción Seed
Instance como se observa en
la Figura 8.19. Finalmente se
generará la malla según la
opción Mesh Instance de la
barra de Menú. En el caso de
que se hubiera seleccionado
una Instance dependiente, la
opción que tendremos que
utilizar es Mesh Instance.
Una vez generada la
malla, se deberá ver como se
muestra en la Figura 8.20.
Figura 8.18 – Selección del tipo de elemento.
Figura 8.19 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 8.20 – Malla del modelo.
8.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 8.21.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -101-
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 8.22). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 8.23.
Figura 8.22 – Opciones de análisis.
Figura 8.21 – Creación del análisis.
Figura 8.23 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -102-
8.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 5.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 5.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 5.21 – Resultados, Field Output.
Como se trata de un tubo, es importante conocer las tensiones en coordenadas polares, por
lo que se deberá generar un sistema de
coordenadas cilíndricas y transformar los
resultados. Para ello, vamos a la opción Tools
Coordinate System Create de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 5.22. Allí elegiremos el nombre para
nuestro sistema (Coord_Polares), el tipo
cilíndricas y como modo para generarlo, tres
puntos. A continuación, se nos pedirá ingresar
los tres puntos, donde nuestro origen será
(0,0,0), el punto para el eje R será (1,0,0) y
para el eje será (0,1,0). Finalizada ésta tarea, el
sistema se verá como se muestra en la Figura
5.23.
Figura 5.22 – Creación de un sistema de coordenadas cilíndricas.
Para transformar los resultados, debemos ir a la opción Results Options de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 5.24. En la pestaña denominada
Transformation elegimos la opción “User-spicified” (especificada por el usuario) y allí
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -103-
seleccionamos el sistema de coordenadas que creamos. Al hacer clic en el botón OK, la
transformación se aplica automáticamente.
Figura 5.23 – Sistema de coordenadas cilíndricas.
Figura 5.24 – Transformación de los resultados al sistema de coordenadas cilíndricas.
A continuación, en la Figura 5.25 se observa el diagrama de contorno para las tensiones r
(S11), en la Figura 5.26 el correspondiente a las tensiones (S22) y en la Figura 5.27 se
observa el diagrama de vectores y tensores correspondientes a las tensiones principales.
Figura 5.25 – Diagrama de contorno de las tensiones r en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -104-
Figura 5.26 – Diagrama de contorno de las tensiones en la estructura sin deformar.
Figura 5.27 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales..
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una
determinada sección, como por ejemplo la central.
Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con estos
datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un
camino que conforme dicha sección, mediante la opción
Tools Path Create de la barra de Menú. Se
desplegará un cuadro de diálogo como el que se muestra
en la Figura 5.28, donde le daremos un nombre a la
sección deseada y seleccionaremos como tipo el
correspondiente a una lista de nodos. En un segundo
cuadro de diálogo, se podrán seleccionar los nodos de la
sección del modelo mediante el botón “Ad before”, según
se observa en la Figura 5.29.
Figura 5.28 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -105-
Figura 5.29 – Introducción de los nodos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
5.30.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 5.31) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_r).
Figura 5.30 – Creación de una tabla XY.
Figura 5.31 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -106-
Para crear un gráfico de las tensiones r en una sección de radio variable, debemos emplear
la opción Tools XY Data Plot Tensiones_r de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 32 se observa el gráfico creado.
Figura 5.32 – Gráfico de las tensiones r a lo largo de una sección de radio variable.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 5.33. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 5.33 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -107-
9. ESTUDIO DE CASO: FLUJO EN MEDIOS POROSOS BAJO UNA PRESA
9.1. Descripción del caso
En la presente sección se analizará el flujo en el suelo (medio poroso) bajo una presa de
hormigón. En la Figura 6.1 se esquematiza el mismo y se presentan a continuación los datos
necesarios para el modelado numérico.
Datos:
P1=60·103 kPa P2=25·103 kPa R1=0,3 m R2=0,2 m
E=2,1·108 kPa =0,2
Tipo de elemento: Plane Strain (Elemento de Estado Plano de Deformación)
Figura 5.1 – Tubo de pared gruesa a modelar.
9.2. Módulo Part
En el Módulo Part dibujaremos el tubo propuesto para el caso
que se está estudiando. Para ello, iremos a la opción Part Create
en la barra de Menú y elegiremos la opción 2D para el espacio de
modelo, el tipo deformable y como base una placa (shell), según se
muestra en la Figura 5.2. De nombre se utilizó el término Tubo, pero
puede seleccionarse cualquier otro.
Una vez que visualicemos las herramientas para dibujar,
podremos emplear la herramienta de trazado de líneas para generar
el tubo, que deberá verse como la de la Figura 5.3. Debajo del Área
de trabajo, se indicarán los pasos a seguir cuando se ejecuta un
comando; por ejemplo, si activamos el de línea se nos pedirá que
elijamos un punto de inicio y otro de finalización (haciendo clic sobre
la cuadrícula o escribiendo las coordenadas). Para finalizar el uso de
un comando, se debe presionar la tecla Escape (Esc) o hacerse clic
en la cruz que lo cancela.
Debido a la simetría del tubo, se realizará un modelo de una
sección igual a un cuarto del mismo para simplificar los cálculos y el
tiempo de los mismos.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -108-
Figura 5.2 – Opciones de la parte.
Una vez completado el trazado de la viga, debe hacerse clic en el botón “Done” (ubicado
debajo del Área de trabajo) para aceptar y guardar los cambios, de lo contrario el dibujo se
perderá.
Figura 5.3 – Dibujo del modelo.
9.3. Módulo Property
En este módulo, crearemos en primer lugar el material que luego asignaremos a las vigas y
columnas del pórtico. Para ello iremos a la opción Material Create en la barra de Menú. En la
Figura 5.4 se muestra el cuadro de diálogo emergente en el cuál colocaremos el nombre del
material (Acero) y le asignaremos una propiedad mecánica elástica con los valores del módulo de
Young y el coeficiente de Poisson que se dieron como dato para el problema.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -109-
Figura 5.4 – Creación del material Acero.
El segundo paso consiste en crear la sección del tubo, que se logra con la opción Section
Create de la barra de Menú. En un primer cuadro de diálogo (Figura 5.5 - izquierda) se pide que
se asigne nombre y tipo a la sección. Como se trata de un tubo de pared gruesa sometida a un
estado plano de deformación, se utilizará una sección de tipo homogénea (Solid - Homogeneous),
a la cual se le asignará el material creado y una sección transversal unitaria (Figura 5.5 –
derecha).
Figura 5.5 – Creación de la sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -110-
Una vez creada la sección, la misma debe aplicarse al tubo. Para ello, se emplea la opción
Assign Section de la barra de Menú. Se debe seleccionar el tubo y la sección anteriormente
creada según se muestra en la Figura 5.6.
Figura 5.6 – Asignación de la sección.
9.4. Módulo Assembly
Como en el Módulo Part dibujamos el tubo como una pieza 2D, en el presente módulo solo
necesitamos crear un Instance, lo cual podemos concretar mediante la opción Instance Create
de la barra de Menú. En este caso podemos elegir el tipo dependiente o independiente
indistintamente, ya que una u otra opción no significará ventaja alguna al momento de realizar el
mallado del modelo. En la Figura 5.7 se muestra el cuadro de diálogo de creación de la Instance,
donde seleccionaremos la parte creada (Tubo en este ejemplo) y el
tipo independiente.
Figura 5.7 – Ensamblado.
9.5. Módulo Step
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -111-
En el módulo Step se creará el estado de cargas que se
analizará en nuestro modelo. Las cargas aplicadas son estáticas,
por lo que necesitaremos crear un estado Estático general,
mediante la opción Step Create de la barra de Menú.
En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 5.8, se definirá el nombre del estado,
luego de qué estado se aplicará (aparece sólo el estado Inicial, que es el que por defecto Abaqus
crea en cada archivo) y el tipo de procedimiento.
9.6. Módulo Load
En primer lugar, se crearán las condiciones de borde del modelo. Como se trabaja con un
cuarto del tubo, se deberán restringir los movimientos verticales en el borde horizontal y los
movimientos horizontales en el borde vertical. Para generar dichas restricciones, vamos a la
opción BC Create de la barra de Menú. Luego, se seleccionan las secciones a los que se quiere
aplicar la condición de borde y se desplegará un primer cuadro de diálogo que se muestra en la
Figura 5.9 donde se definirá en qué estado de cargas se generarán las condiciones y de qué tipo.
Luego en la Figura 5.10 definimos nulos los movimientos en (1) y en (2) respectivamente para
representar cada una de las restricciones del modelo.
Figura 5.9 – Selección del tipo de condición de borde.
Figura 5.8 – Estado de
carga.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -112-
Figura 5.10 – Restricciones de los apoyos.
Una vez definidas las condiciones de borde, se aplicarán las presiones, mediante la opción
Load Create de la barra de
Menú. Allí se seleccionará el
borde interior, donde se
encuentra aplicada la presión
P1. En un primer cuadro de
diálogo, se establecerá el
nombre de la carga, en qué
estado se aplicará y el tipo de
la misma según se muestra en
la Figura 5.11 - izquierda,
mientras que en el cuadro de
Figura 5.12 - izquierda se
especificará el valor que
tendrá la carga P1 creada. Se
procederá igual para la presión
P2, según se indica en las
Figuras 5.11 y 5.12 – derecha.
F
Figura 5.11 – Creación de las presiones P1 y P2.
Figura 5.12 – Edición de las presiones P1 y P2.
Una vez creada la
carga y aplicadas las condiciones de borde, el modelo se verá según se muestra en la Figura
5.13.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -113-
Figura 5.13 – Modelo con apoyos y carga.
9.7. Módulo Mesh
La malla que se aplicará al modelo será de elementos de tipo estado plano de deformación.
Para ello, primero debemos
seleccionar el tipo de elemento
mediante la opción Mesh Element
Type de la barra de Menú, que nos
permitirá establecer el tipo de
elemento Plane Strain para nuestra
malla según se muestra en la Figura
5.14.
Luego se definirá una forma
para los elementos, ya que los
mismos pueden ser triangulares o
cuadrangulares. Se seleccionarán los
últimos (ya que la geometría de la
viga lo permite) mediante la opción
Mesh Controls de la barra de
Menú, que nos permitirá establecer
elementos cuadrangulares
estructurados (lo que garantizará
uniformidad en el tamaño de los
mismos) según se muestra en la
Figura 4.15.
Figura 5.14 – Selección del tipo de elemento.
Para finalizar, se seleccionará un tamaño de elemento de 0,075 m con la opción Seed
Instance como se observa en la Figura 5.16. Finalmente se generará la malla según la opción
Mesh Instance de la barra de Menú. En el caso de que se hubiera seleccionado una Instance
dependiente, la opción que tendremos que utilizar es Mesh Instance.
Una vez generada la malla, se deberá ver como se muestra en la Figura 5.17.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -114-
Figura 5.15 – Selección de la forma de elemento.
Figura 4.16 – Selección del tamaño de elemento.
Figura 4.17 – Malla del modelo.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -115-
9.8. Módulo Job
Finalmente, debemos crear un análisis para el modelo mediante la opción Job Create de
la barra de Menú, donde en el cuadro de diálogo emergente definiremos el nombre del mismo
(que será utilizado como nombre para el archivo *odb de resultados) y el modelo al cuál lo
aplicaremos como se muestra en la Figura 5.18.
Luego de creado el análisis, el mismo debe ser ejecutado. En la opción Job Manager de
la barra de Menú dispondremos de un asistente que nos permitirá realizar distintas tares sobre
nuestro análisis (Figura 5.19). Con el botón Submit le indicaremos a Abaqus que ejecute el
mismo, y con el botón Monitor podremos monitorear el estado de ejecución del análisis, para
controlar los errores y las advertencias si las hubiera, y las acciones que el programa realiza paso
a paso, mediante la ventana que se muestra en la Figura 5.20.
Figura 5.19 – Opciones de análisis.
Figura 5.18 – Creación del análisis.
Figura 5.20 – Ventana de monitoreo del análisis.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -116-
9.9. Módulo Visualization
En el módulo de visualización podremos ver los resultados del análisis. Para acceder a los
mismos, debemos hacer clic en el botón Results dentro de las opciones que se mostraron en la
Figura 5.19. Automáticamente, Abaqus
abrirá el archivo *odb correspondiente y
podremos trabajar con las distintas
opciones que el programa nos presenta
para observar los resultados.
En la ventana de trabajo se mostrará
inicialmente el modelo y los datos del
análisis (versión del programa utilizada,
fecha de ejecución, etc.). Para poder
visualizar algún resultado, debemos ir a la
opción Result Field Output de la barra
de Menú, que abrirá el cuadro de diálogo
de la Figura 5.21. Allí encontraremos una
lista de cada una de las variables que
Abaqus calculó en el análisis. Por ejemplo,
U son los desplazamientos, RF las fuerzas
correspondientes a las reacciones de
vínculo y S las tensiones.
Al seleccionar alguna de las
opciones, se mostrará en la ventana de
trabajo el resultado para la variable
elegida. En la opción Plot de la Barra de
Menú se presentan las distintas variantes
que tenemos de visualización. Tanto los
diagramas de contorno (Contours) como
los vectoriales (Symbol) pueden graficarse
en el modelo deformado o sin deformar.
Figura 5.21 – Resultados, Field Output.
Como se trata de un tubo, es importante conocer las tensiones en coordenadas polares, por
lo que se deberá generar un sistema de
coordenadas cilíndricas y transformar los
resultados. Para ello, vamos a la opción Tools
Coordinate System Create de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la
Figura 5.22. Allí elegiremos el nombre para
nuestro sistema (Coord_Polares), el tipo
cilíndricas y como modo para generarlo, tres
puntos. A continuación, se nos pedirá ingresar
los tres puntos, donde nuestro origen será
(0,0,0), el punto para el eje R será (1,0,0) y
para el eje será (0,1,0). Finalizada ésta tarea, el
sistema se verá como se muestra en la Figura
5.23.
Figura 5.22 – Creación de un sistema de coordenadas cilíndricas.
Para transformar los resultados, debemos ir a la opción Results Options de la barra de
Menú, que abrirá el cuadro de diálogo de la Figura 5.24. En la pestaña denominada
Transformation elegimos la opción “User-spicified” (especificada por el usuario) y allí
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -117-
seleccionamos el sistema de coordenadas que creamos. Al hacer clic en el botón OK, la
transformación se aplica automáticamente.
Figura 5.23 – Sistema de coordenadas cilíndricas.
Figura 5.24 – Transformación de los resultados al sistema de coordenadas cilíndricas.
A continuación, en la Figura 5.25 se observa el diagrama de contorno para las tensiones r
(S11), en la Figura 5.26 el correspondiente a las tensiones (S22) y en la Figura 5.27 se
observa el diagrama de vectores y tensores correspondientes a las tensiones principales.
Figura 5.25 – Diagrama de contorno de las tensiones r en la estructura sin deformar.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -118-
Figura 5.26 – Diagrama de contorno de las tensiones en la estructura sin deformar.
Figura 5.27 – Diagrama de vectores y tensores para las tensiones principales..
En el análisis del tipo de estructuras como la que se presenta en el caso estudiado, puede
interesar conocer los diagramas de tensiones en una
determinada sección, como por ejemplo la central.
Abaqus nos permite generar tablas del tipo XY con estos
datos, que luego pueden servirnos para trazar dichos
diagramas. Para ello, necesitamos primero crear un
camino que conforme dicha sección, mediante la opción
Tools Path Create de la barra de Menú. Se
desplegará un cuadro de diálogo como el que se muestra
en la Figura 5.28, donde le daremos un nombre a la
sección deseada y seleccionaremos como tipo el
correspondiente a una lista de nodos. En un segundo
cuadro de diálogo, se podrán seleccionar los nodos de la
sección del modelo mediante el botón “Ad before”, según
se observa en la Figura 5.29.
Figura 5.28 – Creación de un camino para una sección.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -119-
Figura 5.29 – Introducción de los nodos que componen la sección.
Una vez creada la sección, debemos generar la tabla XY con los
datos que necesitemos. Por ejemplo, se creará una para las tensiones x
actuantes en la viga de gran altura. Al fin de realizar lo mencionado,
debemos ir a la opción Tools XY Data Create de la barra de Menú y
seleccionaremos la opción “Path” en el cuadro de diálogo de la Figura
5.30.
Una vez realizado esto, se abrirá un nuevo cuadro de diálogo
(Figura 5.31) donde podremos elegir con qué variable crearemos nuestra
tabla de valores. Hay que tener en cuenta que debemos seleccionar la
opción para que la misma se genere con los valores verdaderos de la
distancia y sin deformar. Haciendo clic en el botón “Field Output”
podemos cambiar la variable a incluir en la tabla. Una vez seleccionados
los parámetros deseados, hacemos clic en el botón “Save as” y la tabla se
guardará con el nombre que designemos (Tensiones_r).
Figura 5.30 – Creación de una tabla XY.
Figura 5.31 – Edición de la tabla de valores XY a crear.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -120-
Para crear un gráfico de las tensiones r en una sección de radio variable, debemos emplear
la opción Tools XY Data Plot Tensiones_r de la barra de Menú. Automáticamente,
Abaqus generará el gráfico en la ventana de trabajo. Mediante la opción Options XY Options
podemos editar los atributos del gráfico, como el color o grosos de la línea, el tamaño de las
leyendas los ejes, el título de los mismos, etc. En la Figura 32 se observa el gráfico creado.
Figura 5.32 – Gráfico de las tensiones r a lo largo de una sección de radio variable.
En el caso que se quieran extraer los valores de la tabla XY creada para luego utilizarlos,
debemos ir a la opción Report XY Data de la barra de Menú, donde se desplegará un cuadro
de diálogo que contendrá una lista de todas las tablas de valores XY creadas, según se muestra
en la Figura 5.33. Allí seleccionamos la que deseamos exportar y hacemos clic en el botón “OK”.
Al ejecutar esta acción, la tabla será copiada en el archivo abaqus.rpt que está contenido en el
directorio de trabajo de Abaqus. El mismo puede ser abierto con cualquier editor de texto (por
ejemplo, Bloc de notas) y encontraremos la tabla de valores que exportamos.
Figura 5.33 – Exportación de una tabla de valores XY.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
2013 Nadia D. Roman -121-