Cómo hacer free-body cuts en tu modelo en Abaqus

Escrito por Miguel

2 Abr, 2021

1. ¿Qué es un «free-body cut»?

Los diagramas de cuerpo libre (free-body cuts) son una herramienta en mecánica con la que analizar los esfuerzos soportados por una sección de una estructura, como por ejemplo vigas en una estructura articulada o reticulada e incluso piezas de gran volumen (no esbeltas). En los cursos de mecánica e ingeniería estructural aprendes a resolver analíticamente algunos de estos diagramas de cuerpo libre mediante equilibrio de fuerzas y en algunas ocasiones aplicando condiciones cinemáticas, por ejemplo en estructuras hiperestáticas. Sin embargo, en un caso general, puede ser más conveniente utilizar métodos numéricos como Abaqus.

2. ¿Qué necesitamos en Abaqus?

En Abaqus podemos visualizar diagramas de cuerpo libre incluyendo fuerzas y momentos en la fase del post-proceso, es decir, en el odb.

Antes de resolver el modelo, debemos pedir la variable NFORC en el Field Output. Esta variable contiene las fuerzas nodales, que serán usadas en el post-proceso para calcular las fuerzas en los diagramas de cuerpo libre. La variable NFORC es necesaria para elementos sólidos (p.e. C3D8, CPS4, CPE4…). En cambio, si nuestro modelo está formado por elementos tipo viga (beam), tendremos que solicitar la variable SF en el Field Output.

3. Visualización de diagramas de cuerpo libre en el post-proceso

Para visualizar diagramas de cuerpo libre en nuestro modelo, primero debemos resolverlo, como de costumbre lanzando el job. A continuación, en el módulo Visualization, hacemos click en View Cut Manager y seleccionamos el plano de corte, como se muestra en la imagen inferior.

En la imagen, hemos seleccionado el plano X como plano de corte y para mostrar el diagrama de cuerpo libre en el corte, debemos activar la opción . Entonces, veremos dos vectores en la región del corte en nuestro modelo: un vector rojo representa la fuerza resultante y otro vector azul será el momento flector resultante.

El formato en el que se muestran fuerzas y momentos puede modificarse en:

Free Body Cut Manager > Options

Algunas de las opciones más interesantes son la visualización por componentes, en lugar de resultantes, editar los colores para cada una de las componentes, y modificar el formato de los valores numéricos (labels) para facilitar la visualización.

4. Opciones avanzadas: CSYS arbitrario

Las componentes de fuerzas y momentos mostradas en los cortes de cuerpo libre, por defecto siguen el sistema de coordenadas global (CSYS-Global). Sin embargo, si queremos que está descomposición se lleve a cabo según un CSYS diferente, podemos crear uno nuevo y seleccionarlo en:

View Cut Manager > Options

Casos prácticos

Si deseas una explicación más visual de cómo obtener diagramas de cuerpo libre en Abaqus, puede mirar el siguiente vídeo en el que lo veremos a través de dos ejemplos prácticos: una viga con elementos sólidos asumiendo tensión plana y un marco construido con elementos tipo viga. Puedes descargar el script para generar el marco del segundo ejemplo en este enlace.

Existen muchas otras opciones relacionadas con vista de cortes y diagramas de cuerpo libre en Abaqus. Si estás interesado en ello, estaré encantado de ver tus dudas y sugerencias en los comentarios más abajo.

¡Espero que te haya sido muy útil!

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2 Comentarios

  1. José Manuel Soria

    Excelente entrada Miguel! Muy útil e interesante! Un saludo

    Responder
    • Miguel

      Muchas gracias!

      Responder

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