3.8.1 Planeación del modelo de la Subestructura
Inicialmente se creo el modelo físico en Auto Cad versión 2006 para posteriormente exportarlo a ANSYS, pero dado a que se presento un problema a la hora de aplicar las cargas y desplazamientos, se opto por crear el modelo completo en ANSYS.
Para poder generar el modelo físico de la Subestructura (Jacket) del caso de estudio, es necesario conocer las coordenadas de los keypoints que serán de utilidad para crear las líneas y estas a su vez para crear los elementos que conformaran la Subestructura antes mencionada, dichas coordenadas fueron calculadas haciendo uso de herramientas trigonométricas y teorema de Pitágoras y basados en las coordenadas conocidas de los marcos que conforman la plataforma, en el ANEXO A podemos apreciar las coordenadas de los 104 keypoints.
Así mismo se identificaron los 21 diferentes diámetros que se emplearon para los elementos que conformar la subestructura del caso en estudio, dichos diámetros y espesores de los elementos definidas como constantes reales, mismas que se pueden apreciar mas adelante en la tabla 3.3.
En el capítulo 2 se desarrollaron los cálculos de las cargas que actuaran en los diferentes elementos de la subestructura, así como las fuerzas a que estarán sometidos los diversos nodos por efecto de la corriente y oleaje producidos por diversos fenómenos meteorológicos, en este mismo capítulo se desarrollo mediante la técnica de nodos el análisis de algunas de las fuerzas que actúan en los elementos de la subestructura, y se confirmo que la subestructura del caso de estudio presenta características de estructuras estáticamente indeterminadas, y se pudieron hallar algunos valores los cuales se compararan con los obtenidos mediante el MEF con ayuda del programa ANSYS versión 9.0 y se validaran en el próximo capítulo titulado análisis de resultados.
3.8.2 Generación del modelo en ANSYS
Todo lo mencionado en el punto anterior se aplicó en el dibujo y diseño de la subestructura. En cuanto a la generación del modelo se comenzó creando “keypoints” de acuerdo a las coordenadas del ANEXO A, y al unir los keypoints de la figura 3.7 se crean “lines” para obtener la unión de los marcos que se aprecian en el capitulo anterior figuras 2.28 a la 2.38, dicha unión líneas da forma a la subestructura figura 3.8.
Figura 3.7 Muestra los keypoints de la subestructura
NOTA: Para no generar errores cuando se corra el programa se debe asegurar de dividir las líneas de los elementos de tal forma que cada unión de líneas coincida con la unión de el elemento, esto generará un mejor mallado y por ende menos valores críticos en los resultados.
Este análisis se llevó a cabo con el programa ANSYS versión 9.0 y un equipo de cómputo personal, con las siguientes características:
¾ Pentium 4 a 1.67 GHz,
¾ 768.0 MB de Memória Ram,
¾ Disco duro de 60 GB,
¾ Monitor de 15.7” con una definición de 1024 por 768 píxeles.
3.8.3 Elección del Elemento a utilizar en este Análisis
En el programa de ANSYS nos proporcionan una gran variedad de elementos a utilizar, no todos estos se pueden emplear en un estudio, este programa cuenta con la opción de ejecutar diferentes tipos de análisis, como por ejemplo análisis térmico, estructural, de flujo, eléctrico, entre otros, para trabajar en dos y tres dimensiones, de acuerdo a nuestras necesidades.
Para éste análisis estructural se cuenta con una amplia variedad de elementos a utilizar, de los cuales solo interesa un tipo, el elemento tipo tubo (Pipe), del cual se cuentan con diferentes tipos. Para éste caso interesa el que maneja grandes deformaciones. Por lo tanto, se tomará el que más se adecue a dicho análisis, el elemento que cumplió con las especificaciones es “PIPE16 Elastic Straight Pipe”, el cual se describirá a continuación: PIPE16 Elastic Straight: es un elemento uniaxial con capacidad para evaluar esfuerzos de tensión, compresión, torsión y flexión. El elemento cuenta con seis grados de libertad en dos nodos: traslación en la dirección nodal x, y y z , y rotación alrededor de los ejes nodales x, y y z. Las capacidades de esfuerzos rígidos y grandes deformaciones son incluidas.
Los datos de ingreso.- La geometría, la localización de los nodos y sistemas de coordenadas para este elemento se muestra en la figura 3.9, El elemento es definido por 2 o 3 nodos, el diámetro externo y el espesor de la pared del tubo, intensificación de los factores de esfuerzo y flexibilidad, densidad interna del fluido, aislamiento exterior densidad y grosor, tomando en cuenta el grosor de la corrosión, el área de la superficie de aislamiento, la masa de la pared del tubo, rigidez axial del tubo, giro rotodinámico y propiedad del material isotrópico.
Figura 3.9.- Geometría y localización de los nodos para el elemento PIPE16 Elastic Straight Pipe
El elemento es orientado sobre el eje x del nodo I al nodo J. Para la opción de dos nodos, la orientación por que se tiene como dato inicial (θ = 0°) del elemento en el eje y es automáticamente calculado para ser paralelo al plano global x-y.Para el caso donde el elemento es paralelo a el eje global z (o dentro de una pendiente de porcentaje de 0.01 de este), el elemento de eje y es orientado paralelo a el eje global y. Un resumen de los datos de ingreso del elemento se da en la tabla 3.1
Tabla 3.1 .- Datos de ingreso para el elemento tubo que en éste caso se adoptó [39].
Nombre del elemento. PIPE 16
Nodos. I,J,K (K nodo de orientación, es opcional). Grados de libertad. UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
Constantes reales. OD, TKWALL, SIFI, SIFJ, FLEX, DENSFL,
DENSIN, TKIN, TKCORR, AREAIN, MWALL, STIFF, SPIN
Propiedades del material. EX, ALPX, PRXY, DENS, GXY, DAMP Cargas de superficie Presión:1-PINT, 2-PX, 3-PY, 4-PZ, 5-POUT Cargas de cuerpo. Temperaturas:
TOUT(I), TIN(I), TOUT(J), TIN(J) if KEYOPT (1) = 0, o
TAVG(I), T90(I), T180(I), TAVG(J), T90(J), T180(J) si KEYOPT (1) = 1
Los datos de salida.- La solución de salida asociada con el elemento se encuentra en dos formas:
Desplazamientos nodales incluidos en la solución nodal.
Salida de propiedades adicionales del elemento, tales como los mostrados en la tabla 3.2
Algunos aspectos son ilustrados en la figura 3.9.
Figura 3.10 - Algunos aspectos del elemento PIPE16 en cuanto a los esfuerzos que se generan.
El esfuerzo directo (SAXL) incluye el efecto de la presión interna, el esfuerzo directo no incluye la componente axial de l esfuerzo térmico transversal (STH). Los esfuerzos principales y el esfuerzo de intensidad incluyen la fuerza del esfuerzo cortante y se basan en los dos puntos extremos de los esfuerzos a un costado del eje neutral.
Además algunas propiedades de la tabla 3.2 se reportan en el archivo Jobname.OUT o en el archivo de resultados.
Tabla 3.2.- Definición de algunas propiedades adicionales a la salida de resultados del análisis del elemento PIPE16.