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Analisis Estructural mediante el método de la rigidez directa.
Tipo: Ejercicios
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Fecha de entrega: domingo 01 de diciembre de 201 9
al correo [email protected] a más tardar a las 23 : 55 del día de entrega.
y también pudiendo aumentar en un punto si el informe lo amerita.
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.
Reacciones de los apoyos.
z: Desplazamientos/giros de los grados de libertad cinemáticamente dependientes.
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: