Análisis por elementos finitos de nudos en T de estructuras tubulares con perfiles RHS y SHS

[ESP]Pajarón Santos, Pablo. Análisis por elementos finitos de nudos en T de estructuras tubulares con perfiles RHS y SHS. Proyecto Fin de Carrera de Ingeniero Industrial, ETSII, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, junio de 2014.
\nEl uso de estructuras con perfiles tubulares ha aumentado significativamente en los últimos años, debido principalmente, a las ventajas asociadas al comportamiento estructural de estos perfiles y al gran acabado estético que presentan en las estructuras. La mejora en los procesos de fabricación y el desarrollo de estructuras tubulares en países de Europa, Sudeste Asiático, América del Norte, Australia o Canadá, motivó la creación de normativas que regulen el comportamiento y dimensionamiento de uniones con este tipo de perfiles. Por otro lado, el desarrollo de software de elementos finitos se ha convertido en una potente herramienta para simular el comportamiento de cualquier estructura. De esta manera, pueden proporcionar infinidad de resultados simulando uniones de perfiles tubulares de una forma rápida y económica. Con la validación de un modelo numérico en base a un único ensayo experimental, se puede simular una inmensa cantidad de ensayos reales variando las dimensiones y materiales de la unión.
\nEn el presente proyecto, se realiza una revisión bibliográfica para obtener ensayos experimentales sobre uniones en T de perfiles tubulares. Se desarrollan modelos numéricos de uniones con perfiles tubulares de acero inoxidable soldados en T en el programa ANSYS v.14.5, validándose con las respuestas en ensayos experimentales, y mediante el estudio de diversos factores (como la soldadura o levantamiento de la chapa inferior del cordón al comprimir la unión), de manera que se obtenga una correcta simulación de la realidad. Se obtienen los modos de fallo al aplicar una fuerza de compresión en la unión en T y se determinan las fuerzas máximas permitidas antes de que ocurra el fallo con un Criterio de Deformación Límite. Se cotejan los resultados obtenidos en los modelos con los acontecidos en los ensayos experimentales y los que proponen las formulaciones de las normativas del Eurocódigo 3 y CIDECT. Finalmente, se analiza si las formulaciones propuestas en estas normativas permiten el empleo de espesores de chapa menores a 2,5 mm y la utilización de acero inoxidable en los miembros de la unión. Suponiendo esto, un ahorro económico significativo en el desarrollo de pequeñas estructuras tubulares.
\nPalabras clave: Estructuras metálicas; Uniones tubulares; Métodos numéricos; Análisis de estructuras por elementos finitos; Análisis no lineal. [ENG]Pajarón Santos, Pablo. Finite element analysis of T joints of tubular structures with RHS and SHS shapes. Industrial Engineer´s Final Career Project, ETSII, Universidad Politécnica de Cartagena, Cartagena, june 2014.
\nThe use of structures with tubular profiles has increased significantly in recent years, mainly due to the benefits associated with the structural behavior of these profiles and the great aesthetic finish presenting in these structures. Improved manufacturing processes and the development of tubular structures in European countries, Southeast Asia, North America, Australia and Canada, motivated the creation of standards that regulate the behavior and design of joints with these profiles. Furthermore, the development of finite element software has become a powerful tool for simulating the behavior of any structure. Thus it can provide an infinite number of results simulating tubular profiles joints quickly and inexpensively. With the validation of a numerical model based on a single experimental test, you can simulate an immense amount of real tests varying the dimensions and materials of the joint.
\nIn this project a literature review is performed to obtain experimental tests on tubular T-joints. Numerical models of stainless steel hollow sections T-joints are developed in ANSYS v.14.5 program. The models are validated with the experimental test responses and by using sundry factors (such as welding or the bottom plate lifting when the joint is compressed) to obtain a correct simulation of the reality. Failure modes are obtained by applying a compressive force onto the T-joint and the maximum allowable forces (before a failure occurs) are determined by a Deformation Limit Criteria. The results of the models are compared with those that occurred in the experimental tests and the results proposed by CIDECT and Eurocode 3 formulations. Finally it is analyzed whether the proposed formulations in these European standards allow the use of tube thicknesses less than 2.5 mm and the use of stainless steel in the T-joint´s members. Assuming this, there are significant cost savings in the development of small tubular structures.
\nKeywords: Metal structures; Tubular joints; Numerical methods; Structural analysis by finite element method; Non-linear analysis

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