Modelado Dinámico por Elementos Finitos y Análisis de Vibraciones de Vigas Acopladas de Flexión-Torsión Estratificadas Preesforzadas
Autores: Kashani, MirTahmaseb; Hashemi, Seyed M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelado Dinámico por Elementos Finitos y Análisis de Vibraciones de Vigas Acopladas de Flexión-Torsión Estratificadas Preesforzadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Vibración libre
Análisis
Pretensado
Laminados de fibra-metal
Vigas compuestas
Elemento finito dinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 65
Citaciones: Sin citaciones
Se revisita el análisis de vibraciones libres de vigas laminadas de metal-fibra (FML) y compuestas, homogéneas y pretensadas, sometidas a fuerzas axiales y momentos finales. Se desarrollan y presentan modelos de Método de Elementos Finitos (FEM) y de Elementos Finitos Dinámicos (DFE) dependientes de la frecuencia. Los resultados de frecuencia se comparan con los obtenidos del FEM convencional (ANSYS, Canonsburg, PA, EE. UU.) así como con el Método de Homogenización (HM). A diferencia del FEM, la aplicación de la formulación DFE conduce a un problema de autovalores no lineal, que se resuelve para determinar las frecuencias naturales y modos del sistema. Se desarrollan las ecuaciones diferenciales gobernantes de vibraciones acopladas flexionales-torsionales, resultantes del momento final, utilizando las teorías de vigas de flexión de Euler-Bernoulli y torsión de St. Venant, asumiendo movimiento armónico lineal y materiales elásticos lineales. Se estudian ejemplos ilustrativos de configuraciones de vigas compuestas unidireccionales, FML y estratificadas pretensadas, que exhiben acoplamiento geométrico de flexión-torsión. Los resultados presentados de DFE y FEM muestran una excelente concordancia con el método de homogenización y los resultados de modelado de ANSYS, con las tasas de convergencia del DFE superando a todas. También se lleva a cabo una investigación para examinar los efectos de diversas cargas axiales combinadas y momentos finales sobre la rigidez y las frecuencias fundamentales de la estructura. También se presenta un ejemplo ilustrativo que demuestra la aplicación de los métodos presentados al análisis de pandeo de vigas estratificadas.
Descripción
Se revisita el análisis de vibraciones libres de vigas laminadas de metal-fibra (FML) y compuestas, homogéneas y pretensadas, sometidas a fuerzas axiales y momentos finales. Se desarrollan y presentan modelos de Método de Elementos Finitos (FEM) y de Elementos Finitos Dinámicos (DFE) dependientes de la frecuencia. Los resultados de frecuencia se comparan con los obtenidos del FEM convencional (ANSYS, Canonsburg, PA, EE. UU.) así como con el Método de Homogenización (HM). A diferencia del FEM, la aplicación de la formulación DFE conduce a un problema de autovalores no lineal, que se resuelve para determinar las frecuencias naturales y modos del sistema. Se desarrollan las ecuaciones diferenciales gobernantes de vibraciones acopladas flexionales-torsionales, resultantes del momento final, utilizando las teorías de vigas de flexión de Euler-Bernoulli y torsión de St. Venant, asumiendo movimiento armónico lineal y materiales elásticos lineales. Se estudian ejemplos ilustrativos de configuraciones de vigas compuestas unidireccionales, FML y estratificadas pretensadas, que exhiben acoplamiento geométrico de flexión-torsión. Los resultados presentados de DFE y FEM muestran una excelente concordancia con el método de homogenización y los resultados de modelado de ANSYS, con las tasas de convergencia del DFE superando a todas. También se lleva a cabo una investigación para examinar los efectos de diversas cargas axiales combinadas y momentos finales sobre la rigidez y las frecuencias fundamentales de la estructura. También se presenta un ejemplo ilustrativo que demuestra la aplicación de los métodos presentados al análisis de pandeo de vigas estratificadas.