CYPE 3D Cálculo de estructura mixta de acero y aluminio

HarKSeven

Novel
Bueno, llevo mucho tiempo rondando por los foros de esta gran comunidad (gracias a la cual he podido resolver muchas de las dudas que surgen en mi cabeza, jajaja) sin haberme dado aún el placer de postear nada, y pues aquí estoy.

Estoy próximo a finalizar el grado de Ingeniería, pero aun así ya estoy empezado a calcular estructuras y todos los quebraderos de cabeza que eso conlleva (de momento solo son estructuras metálicas, poco a poco).

Bueno, espero que me podáis ayudar con la duda que planteo:

Ahora están empezando a entrar cálculos estructurales sobre estructuras mixtas de acero y aluminio. De forma genérica, una estructura exterior de aluminio, y una estructura interior de acero a base de refuerzo.

Pues el problema surge a la hora de proyectar esa estructura mixta en CYPE 3D, que no tengo ni idea, vaya _LOL: Se me ha ocurrido realizar un perfil genérico, pero al ser dos perfiles uno dentro de otro, pues surge el problema con el módulo de elasticidad para definirlo.

Así que, ¿qué solución veis para esto?, si la hay, jajaja.

Yo he pensado, si no se puede definir ambos materiales en la misma sección, pues simplemente definir ese tramo de refuerzo de acero eliminando el perfil de aluminio, ya que el acero se va a llevar prácticamente toda la carga, ¿qué veis? Siempre poder hacer el cálculo a mano... :LOL:

Soy aún un poco principiante en todo esto del mundo estructural, así que espero que no me deis mucha caña tampoco, jaja.

¡Gracias a todos!
 

pnc

Titanio
Lo primero que me pregunto es, si están en contacto, cómo vas a resolver el par galvánico...
Y si no lo están, cómo harás que dos secciones que no se tocan funcionen como sección combinada.

Supongamos que lo tienes resuelto.
La solución clásica suele ser ponderar los espesores para simular una rigidez equivalente:

La inercia en torno al eje X:
Si tienes una sección formada por dos materiales, uno 3 veces más rígido que el otro (creo que esa es la relación aproximada entre los módulos de Young del aluminio y el acero) en vez de calcular la inercia de la sección real, apañas uno de los dos materiales, por ejemplo el acero, multiplicando sus dimensiones en X por 3.
Y la inercia que obtienes es la equivalente que tendrías si todo fuera aluminio. Así que el término EI tiene la E del aluminio y la I de esta sección teórica.
 

Luiggy

Diamante
Los refuerzos de perfilería de aluminio creo que suelen hacerse con piezas de aluminio...
 

kaaden

Esmeralda
Yo eso no lo veo útil, mira el límite elástico de cualquier aluminio 6XXX, 7XXX T4 o T6. Un 5XXX menos, porque no lleva tratamiento térmico de envejecimiento, pero más fácil de soldar.

Además, todo el acero debería ser inox o galvanizado, cara, cara te sale la mezcla. Puede que hasta sea mejor aluminio reforzado con fibra de carbono.
 
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Reacciones: pnc

Josan

Plata
@pnc te dio la solución (a mi entender) más correcta. Considera refuerzos en acero y sección de aluminio. Ahora, eso sí: cuidadete muy mucho de que no trabajen en sección conjunta y que trabaje cada material por separado.
El resto es aplicar resistencia de materiales de 2º de carrera... o eso era en mis tiempos, vamos.

Un saludo.
 

HarKSeven

Novel
Lo primero que me pregunto es, si están en contacto, cómo vas a resolver el par galvánico...
Y si no lo están, cómo harás que dos secciones que no se tocan funcionen como sección combinada
Pues la idea es que estén en contacto para reforzar la estructura mediante uniones atornilladas a lo largo del tramo de refuerzo de acero. Es simplemente un pilar de acero que sube hasta x dimensión respecto al aluminio, para que combe menos el pilar y aportarle mayor rigidez.

El par galvánico es algo que no se ha tenido en cuenta, vaya, además, en este caso no, pero de cara al futuro, en dichos refuerzos van a ser las zonas por donde se va a evacuar agua :LOL: Se colocarán en este caso ya perfiles de acero galvanizado.

Vale, según tu respuesta, entiendo que en vez de conseguir mayor rigidez mediante el límite elástico, pues creo una sección conjunta de ambas secciones, aumentando los espesores, tal que la rigidez de la estructura sea aportada por la propia inercia.

Veamos, me explico un poco:

Mi idea inicial era si, por ejemplo, usando un acero S275, y un aluminio 6063 T5 de 130 MPa de límite elástico, pues prácticamente la resistencia del acero ronda en el doble del aluminio. Así, que según lo que me comentas, creo la sección de ambos juntos multiplicando esos espesores x2 más o menos (poniendo el material de aluminio), al final con la idea de conseguir el doble de inercia para ese caso de secciones mixtas, ¿no?

Gracias por tu respuesta, ¡un saludo!
 

HarKSeven

Novel
Yo eso no lo veo útil, mira el límite elástico de cualquier aluminio 6XXX, 7XXX T4 o T6. Un 5XXX menos, porque no lleva tratamiento térmico de envejecimiento, pero más fácil de soldar.

Además, todo el acero debería ser inox o galvanizado, cara, cara te sale la mezcla. Puede que hasta sea mejor aluminio reforzado con fibra de carbono
Solo trabajamos con aluminio, y podemos optar por perfiles de acero externos.
 

HarKSeven

Novel
Considera refuerzos en acero y sección de aluminio. Ahora, eso sí: cuidadete muy mucho de que no trabajen en sección conjunta y que trabaje cada material por separado.
El resto es aplicar resistencia de materiales de 2º de carrera... o eso era en mis tiempos, vamos
Sí, el cálculo es sencillo, pero CYPE no es capaz de realizarte esas secciones mixtas. ¿Cómo que el material trabaje por separado? Si lo que se busca es la transmisión de esfuerzos. ¿Lo dices por el par galvánico? ¡Un saludo!
 

pnc

Titanio
Vale, según tu respuesta, entiendo que en vez de conseguir mayor rigidez mediante el límite elástico, pues creo una sección conjunta de ambas secciones, aumentando los espesores, tal que la rigidez de la estructura sea aportada por la propia inercia
¿Límite elástico? Yo no he hablado en ningún momento del límite elástico. Y el límite elástico no sirve nunca para conseguir mayor rigidez. Vuelve a los apuntes y repasa, porque creo que te estás liando.

No es algo que he decidido yo, sino el que suelta la pasta
Cuando el mundo funciona, el que suelta la pasta paga a los técnicos para que tomen las decisiones técnicas que él no alcanza a valorar.
Cuando el mundo no funciona, el que suelta la pasta toma decisiones para las que no está capacitado y paga un técnico para que ponga su cuello bajo la hoja de la guillotina, para tener un culpable si algo falla. Cuidadín...

El par galvánico es algo que no se ha tenido en cuenta
No es un problema secundario. Puede hacer la estructura inservible en muy poco tiempo.

¿Cómo que el material trabaje por separado?
El acero y el aluminio, con los cambios de temperatura, dilatan de forma muy diferente. Podría ser que, al sol del atardecer de verano, tu pieza compuesta se retuerza sola...
 

Josan

Plata
A ver.
Cuando digo que el material trabaje por separado, ¡¡¡me refiero a que no armes una viga compuesta!!! Y si no, lee el mensaje que puse yo. He tenido que huir del tema debido a como se empezaba a liar.
Lo que debes hacer es sumar las inercias de cada elemento (homogeneizando las secciones) y no conjugarlas. Cada elemento se llevara la parte proporcional de carga, según su rigidez.

Desde luego, CYPE no te lo va a hacer. Pero un boli, una hoja o Smath, por ejemplo, ¡te lo van a a hacer rápido!...

Resumiendo... a ver si logro explicarme... que para eso no soy bueno:
- Calcula la inercia necesaria para tu sistema.
- Calcula la inercia que tiene tu sistema de aluminio, muro cortina o lo que sea. Por lo general, es un dato fijo.
- En función de la inercia que te falta... mira qué sección y de qué material tienes que reforzar... siempre teniendo en cuenta que no lo conjugues.

Un saludo.
 

pnc

Titanio
Y si no, lee el mensaje que puse yo
https://www.soloarquitectura.com/foros/threads/vigas-compuestas-de-aluminio-madera-dilatacion-de-ambos-materiales.108961/

Desde luego, CYPE no te lo va a hacer
Bueno...
Si metes las dos barras con nudos intermedios y vinculas los desplazamientos (de dos en dos) de esos nudos, puedes conseguir un modelo que se asemeje a lo que estás construyendo.

Smath, por ejemplo
:love:
 

pnc

Titanio
Un problema que sabes resolver es simple. El mismo problema, para quien no sepa resolverlo, será complicado.
 

HarKSeven

Novel
Bueno, he estado un poco bastante ocupado y os respondo ahora.

Al final hice entrar en razón al personal y se calculó de aluminio, así que sin problema. En este caso, al ser dos perfiles diferentes, ¿se pueden atornillar entre ellos sin problema, y considerar la inercia la suma de los dos perfiles nop?

Y yo, de momento, no firmo ningún proyecto, estoy a base de cabezazos y ante la duda, pues prueba experimental o sobredimensionar, pero el tema del aluminio es algo que no domino, más el acero.

Lo de la rigidez, @pnc, completamente de acuerdo contigo, fue un lapsus, sorry.

Vaya, según estuve mirando, las secciones conectadas de aluminio y acero se utilizan y todo como sensor de temperatura (un termómetro bimetálico, muy curioso), pero en los cálculos de esfuerzos generados por incremento de temperatura, la verdad que mientras no aumente mucho la temperatura, la deformación es prácticamente mínima.
 
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