Las juntas tubulares suelen utilizarse en las estructuras offshore que sobreviven a una carga de fluido o de aire debido a sus propiedades mecánicas y estructurales o en un entorno corrosivo debido a los costes de fabricación. La resistencia de dichas juntas se describe en diversas normas. En SDC Verifier es posible comprobar la resistencia según: API RP 2A LRFD (1ª, 1993), ISO 19002 (1ª, dic 2007), y Norsok N004 (Rev. 3, feb 2013).
En este artículo describimos el procedimiento de cálculo según las normas de unión. Para todos los programas generales de AEF (Ansys, Simcenter 3D, Femap) el procedimiento de cálculo para una comprobación de juntas es el mismo, por lo que SDC Verifier ofrece una solución para todas estas soluciones de software.
Requisitos generales y nomenclatura
Una unión tubular uniplanar simple en SDC Verifier se representa mediante la siguiente conexión:
Se utiliza la siguiente terminología:
- Junta: nodo en el que se conectan dos o más elementos inclinados;
- Conexión – un conjunto de elementos del mismo plano alrededor de un nodo de unión (o de múltiples uniones en caso de mallas diminutas);
- Cordón: conjunto de elementos no soldados que forman una línea recta (normalmente de mayor diámetro);
- Tirante – un elemento soldado a un cordón;
Cada riostra tubular debe clasificarse según la carga y la geometría de la junta de conexión:
- K – la fuerza se equilibra entre otros tirantes de la conexión del mismo lado del cordón;
- T&Y – una fuerza de la riostra está actuando como una fuerza cortante en un cordón;
- Cruz – la fuerza se equilibra entre los tirantes del otro lado del cordón.
La clasificación de las abrazaderas puede ser una mezcla de los tres tipos anteriores.
Las riostras tubulares se comprueban con cargas de flexión axial, en el plano y fuera del plano, ya que otros tipos de carga de las riostras (torsión y cizalladura) no provocan flexión en un muro cordal.
Solución SDC Verifier para la comprobación de juntas tubulares
En el modelo de elementos finitos, la estructura global se diseña con vigas tubulares. SDC Verifier puede obtener todos los resultados y dimensiones necesarios directamente a partir de la geometría y de los resultados del AEF sin ninguna entrada adicional del usuario.
Para comprobar la articulación, el procedimiento automatizado del SDC Verifier sigue los pasos siguientes:
- Reconocimiento y los cálculos geométricos de las conexiones tubulares, incluido el espacio/solapamiento entre los tirantes y un cordón, pueden parametrizarse con un mayor grosor del cordón;
- La clasificación de las riostras se elige automáticamente en función del caso de carga y de la geometría de la junta;
- Los momentos de flexión locales de las riostras se giran hacia el plano de conexión, por lo que no es necesario modelar una dirección adecuada de las vigas;
- Cálculos de resistencia sobre todos los escenarios a la vez utilizando la envolvente de resultados (o Grupo de Carga);
Entrada de carga
En lugar de describir todos los conjuntos de carga directamente en el software de AEF, SDC Verifier acelera el proceso de cálculo utilizando casos de carga base (o cargas individuales) directamente y los combina en conjuntos de carga (combinación lineal de estos casos base) ¡y utiliza grupos de carga para obtener la peor situación de todos los casos de carga en 1 imagen! De este modo, todos los escenarios de carga prescritos por la norma pueden considerarse fácilmente sin esfuerzos adicionales.
En el siguiente ejemplo se utilizará un modelo de cubierta cargado con viento y olas a 0°, 45°, 90° y 135° respecto a la dirección X global y las siguientes combinaciones de carga:
Dado que la estructura es simétrica y el área bajo la carga es igual en direcciones opuestas, los resultados de las cargas iniciales de viento/oleaje pueden transformarse utilizando el factor opuesto -1 (por ejemplo, combinaciones de 180° a 315°).
Todos los conjuntos de cargas se combinan en un único grupo de cargas.
Visión general de las conexiones
SDC Verifier reconoce automáticamente todas las articulaciones del modelo – vea la parte superior del modelo utilizada para el reconocimiento y la vista general de los resultados:
Resultados de Control conjunto
Como ejemplo, se va a mostrar una comprobación de juntas según la norma ISO 19902. Además, también deben comprobarse los miembros de unión de las estructuras offshore. Vea cómo SDC Verifier comprueba la resistencia de los miembros en cargas axiales, de flexión, cortantes e hidrostáticas según la norma ISO 19902.
Una tabla para la comprobación conjunta con el factor de utilización global > 0,7 se clasifica en orden ascendente:
Para la carga diferente del grupo de carga, es posible ver todos los parámetros de cálculo utilizados para los cálculos de los factores de utilización y también trazar las fuerzas axiales originales y proyectadas, los tamaños de separación/solapamiento y la clasificación de las riostras con etiquetas para las conexiones seleccionadas. En la imagen inferior se muestran las etiquetas para una única conexión:
La conexión se ajusta a los requisitos del caso e) descrito en la norma ISO 19902 (fig. 14.2-2):
Las fuerzas proyectadas (que deben ser perpendiculares al cordón) de todos los tirantes se equilibran desde un lado de la conexión que da lugar a la clasificación K. La separación se calcula sólo entre las riostras sometidas a cargas diferentes (tracción y compresión). Los resultados para la riostra 3 se determinan ponderando la parte de las separaciones (g1 y g2 en la imagen superior) de su fuerza proyectada equilibrada por las riostras 1 y 2.
Nota: La separación negativa determina el tamaño de solapamiento.
Una vez encontradas las uniones críticas, es posible previsualizar los resultados gobernantes de las comprobaciones de las uniones entre todas las combinaciones de carga utilizando la tabla de flujo sobre cargas múltiples:
Los resultados de la comprobación de la unión se muestran para cada tirante de la unión tubular seleccionada. Si la carga provoca algún factor de utilización, se mostrará en la tabla.
Además de las tablas, también es posible previsualizar los resultados en su modelo FEM – por ejemplo, la imagen inferior muestra un factor de utilización axial y de flexión combinado para las 3 normas:
Además, estos elementos y muchos otros pueden destacarse en su propio informe de simulación, ¡que puede generarse con sólo unos clics!
Conclusión
SDC Verifier contiene todas las herramientas necesarias para realizar la comprobación de juntas rápidamente directamente dentro de su software de AEF favorito. (Ansys, Femap y Simcenter 3D (NX CAE)) son actualmente compatibles. El reconocimiento automático de las uniones con todas las dimensiones necesarias, la clasificación dinámica de las riostras y la utilización de los resultados envolventes de un grupo de carga reducen considerablemente el tiempo de cálculo y postprocesado. Si está buscando una herramienta para comprobar los resultados de su modelo Ansys, Femap o Simcenter 3D directamente dentro de su programa de AEF, SDC Verifier le ofrece todas las herramientas para cumplir con las normas sin tediosos postprocesamientos manuales.
