No todas las zonas activas de tensión están asociadas con singularidades de la tensión. Refinar la malla localmente en regiones con zonas activas puede eliminar estas zonas activas de tensión atribuidas a concentraciones de tensión que no son una singularidad.
Un comportamiento característico de una singularidad de tensión es que el valor de tensión sigue aumentando con el refinamiento de la malla (ya sea localmente, usando controles de malla, o globalmente, editando la malla) y diverge teóricamente hasta el infinito. Si las tensiones en los elementos de las zonas activas de tensión no aumentan a medida que se refina la malla y convergen hacia un valor finito, esto es un indicio de concentraciones de tensión (áreas de tensiones altas "legítimas").
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| Las tensiones que divergen cerca de la esquina reentrante viva a medida que se refina la malla son un indicio de las singularidades de la tensión. |
Las concentraciones de tensión se caracterizan por sus gradientes de tensión relativamente altos en los elementos adyacentes a una zona localizada del modelo. Los gradientes de tensión alta que se atribuyen a concentraciones legítimas de la tensión convergerán hasta un valor límite siempre que la malla esté suficientemente refinada. Estos son visibles donde se producen cambios en la geometría, como la presencia de un taladro en una chapa, en los contornos donde están presentes distintos materiales y en los puntos en los que entran en contacto los sólidos.
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| Las tensiones que convergen cerca del taladro a medida que se refina la malla son un indicio de concentraciones de tensión. |
Puede buscar datos tabulados en la documentación con factores de concentración de tensión máxima/tensión nominal para problemas con soluciones analíticas (Young, W., Budynas, R., (2001), Roark’s Formulas for Stress and Strain, capítulo 17: Stress Concentration Factors for Elastic Stress (Kt))
Recomendaciones sobre el tratamiento de las singularidades de la tensión
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Para diferenciar entre las singularidades de la tensión y las concentraciones legítimas de tensión, refine la malla globalmente, o bien localmente en las regiones donde se han detectado zonas activas de tensión. Al volver a ejecutar la herramienta de diagnóstico de zonas activas de tensión, deberán descartarse las concentraciones de tensión, y el resto de zonas activas de tensión indicarían singularidades. Tenga en cuenta que en el mundo físico, las singularidades de la tensión no se producirían porque el material cedería o se rompería si las tensiones superan el límite de ruptura del material.
- Agregue redondeos en las aristas vivas y "redondee" las esquinas donde se producen gradientes de tensión alta. Los redondeos distribuyen la tensión sobre un área más amplia y aumentan de forma eficaz la carga que soporta la capacidad de las piezas. Recuerde que en el mundo real, una "esquina viva" que se fabrica siempre tiene un radio de redondeo pequeño.
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| Distribución irregular de la tensión en aristas vivas. |
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| Distribución suave de la tensión en una esquina de redondeo. |
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Evite aplicar cargas en los vértices o a lo largo de las aristas, si es posible. Distribuya la carga por las áreas tributarias adecuadas del modelo para aproximarse de la manera más precisa posible a las condiciones de carga reales. Recuerde que incluso si la carga se aplica como una carga de punto singular creando una singularidad de tensión (σ = P/A y A=0 → σ = ∞), seguirá siendo correcta la distribución de la tensión a cierta distancia de la carga aplicada. Esto se basa en el principio de St. Venant, que establece que la diferencia entre los efectos de dos cargas diferentes pero estáticamente equivalentes resulta muy pequeña en distancias suficientemente distantes de la carga.
- Las singularidades de la tensión pueden contaminar las distribuciones de la tensión solo localmente. Puede ignorar estas áreas localizadas de singularidades de tensión (especialmente si no están cerca del área de interés en su simulación) y examinar más a fondo los resultados de tensión que deben permanecer "no contaminados".