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Tarea 2 Analisis Estructural, Ejercicios de Análisis Estructural

Analisis Estructural mediante el método de la rigidez directa.

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 19/03/2020

esteban-gonzalez-12
esteban-gonzalez-12 🇨🇱

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bg1
IOC3201 Análisis Estructural
Tarea 2
Segundo Semestre 2019
IOC3201-201920/AMF
Fecha de entrega: domingo 01 de diciembre de 2019
- Las tareas serán en grupo de 3 personas y deben ser enviadas (formato PDF y archivo(s) de programación)
al correo [email protected] a más tardar a las 23:55 del día de entrega.
- El archivo en formato comprimible a enviar debe tener el siguiente nombre Tarea2_IOC3201_GrupoX.
- Se evaluará la prolijidad y calidad del informe pudiendo descontarse hasta dos puntos de la nota de la tarea
y también pudiendo aumentar en un punto si el informe lo amerita.
- Se deben indicar todos los fundamentos teóricos en el informe e incluir todas las ecuaciones necesarias.
Se pide programar en Python un programa capaz de resolver un sistema estructural 2D que
considere elementos uniaxiales con rigidez flexural, cortante y axial. Además, el programa
debe ser capaz de graficar los diagramas de esfuerzos internos (M, N y V) de la estructura.
El programa debe tener la siguiente estructura:
[r,X,v,S]=Tarea2(XY,LPELEM,REST_XY,FM,f)
En donde:
XY: Matriz de coordenadas de la estructura de tamaño Nnodos x 3 la cual tiene la siguiente
estructura [nodo coordx(mm) coordy(mm)]. Es decir primera columna indica el nodo,
segunda columna coordenada en x (mm) y tercera columna coordenada en y (mm). Por
ejemplo:
1 0 0
2 1000 0
3 1000 3500
4 0 3500
LPELEM: Matriz de localización y propiedades mecánicas de los elementos estructurales
de tamaño Nelementos x 8 la cual tiene la siguiente estructura [nelem nodoi nodoj E(MPa)
G(MPa) I(mm4) A(mm2) Ac(mm2)]. Por ejemplo:
1 1 4 2100 800 10000 100 90
2 2 3 2100 800 10000 100 90
3 3 4 2100 800 40000 200 180
REST_XY: Matriz de restricciones cinemáticas (apoyos) de tamaño Nnodos x 4 la cual tiene
la siguiente estructura [nodo rest_dx rest_dy rest_dtz]. Cuando el índice es 1 indica que hay
restricción y cuando es 0 no hay restricción. Por ejemplo el nodo 1 es un empotramiento,
el nodo 2 es un apoyo simple y los nodos 3 y 4 no tienen restricción.
1 1 1 1
2 1 1 0
3 0 0 0
4 0 0 0
pf3
pf4

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IOC 3201 – Análisis Estructural

Tarea 2

Segundo Semestre 201 9

Fecha de entrega: domingo 01 de diciembre de 201 9

  • Las tareas serán en grupo de 3 personas y deben ser enviadas (formato PDF y archivo(s) de programación)

al correo [email protected] a más tardar a las 23 : 55 del día de entrega.

  • El archivo en formato comprimible a enviar debe tener el siguiente nombre Tarea 2 _IOC 3201 _GrupoX.
  • Se evaluará la prolijidad y calidad del informe pudiendo descontarse hasta dos puntos de la nota de la tarea

y también pudiendo aumentar en un punto si el informe lo amerita.

  • Se deben indicar todos los fundamentos teóricos en el informe e incluir todas las ecuaciones necesarias.

Se pide programar en Python un programa capaz de resolver un sistema estructural 2D que

considere elementos uniaxiales con rigidez flexural, cortante y axial. Además, el programa

debe ser capaz de graficar los diagramas de esfuerzos internos (M, N y V) de la estructura.

El programa debe tener la siguiente estructura:

[r,X,v,S]=Tarea 2 (XY,LPELEM,REST_XY,FM,f)

En donde:

XY: Matriz de coordenadas de la estructura de tamaño Nnodos x 3 la cual tiene la siguiente

estructura [nodo coordx(mm) coordy(mm)]. Es decir primera columna indica el nodo,

segunda columna coordenada en x (mm) y tercera columna coordenada en y (mm). Por

ejemplo:

1 0 0

2 1000 0

3 1000 3500

4 0 3500

LPELEM: Matriz de localización y propiedades mecánicas de los elementos estructurales

de tamaño Nelementos x 8 la cual tiene la siguiente estructura [nelem nodoi nodoj E(MPa)

G(MPa) I(mm

4

) A(mm

2

) Ac(mm

2

)]. Por ejemplo:

1 1 4 2100 800 10000 100 90

2 2 3 2100 800 10000 100 90

3 3 4 2100 800 40000 200 180

REST_XY: Matriz de restricciones cinemáticas (apoyos) de tamaño Nnodos x 4 la cual tiene

la siguiente estructura [nodo rest_dx rest_dy rest_dtz]. Cuando el índice es 1 indica que hay

restricción y cuando es 0 no hay restricción. Por ejemplo el nodo 1 es un empotramiento,

el nodo 2 es un apoyo simple y los nodos 3 y 4 no tienen restricción.

1 1 1 1

2 1 1 0

3 0 0 0

4 0 0 0

FM: Matriz de cargas nodales de tamaño Nnodos x 4 la cual tiene la siguiente estructura

[nodo Fx(N) Fy(N) Mz(Nmm)]. Por ejemplo:

1 0 0 0

2 0 0 0

3 1000 2000 5000

4 1000 0 0

f: Factor de amplificación para deformada esquemática.

Para la solución y programación se indica el siguiente proceso.

a) Crear una función que a partir de las matrices XY, REST_XY y LPELEM cree las

matrices de restricciones cinemáticas 𝒂

𝒓

y 𝒂

𝒙

. (Cinemática)

b) Crear una función que a partir de las matrices XY y LPELEM cree la matriz de rigidez

diagonal por bloques 𝑲 (Acción-Deformación).

c) Crear una función que a partir de las matrices REST_XY y FM cree la matriz de fuerzas

nodales (𝑹) en los grados de libertad de la estructura (𝒓).

d) Crear una función que resuelva el problema mediante el método de los desplazamientos

y obtenga los desplazamientos nodales, reacciones, deformaciones y esfuerzos internos

de los elementos estructurales. (Equilibrio)

e) A partir de las deformaciones de los grados de libertad 𝒓 y las coordenadas XY dibuje la

estructura no deformada y la estructura deformada (esquemática) superpuesta con un

factor de amplificación f.

f) Utilizando una versión simplificada del programa de la Tarea 1, grafique los diagramas

de esfuerzos internos de la estructura (total 3 gráficos, 1 por cada esfuerzo)

Los output del programa son:

r: Desplazamientos/giros de los grados de libertad de la estructura.

X:

Reacciones de los apoyos.

z: Desplazamientos/giros de los grados de libertad cinemáticamente dependientes.

S:

Esfuerzos internos de los elementos estructurales.

Diagramas de esfuerzos internos M, N y V

Grafico superpuesto estructura original y deformada

Recuerde que la matriz de rigidez de un elemento que considera deformaciones por corte,

flexión y axiales está dada por:

  • Figura