Modelamiento computacional por elementos finitos para el estudio de recipientes de plástico reforzado con fibra de vidrio sometidos a cargas impulsivas

Abstract

La formulación por elementos finitos para el estudio de tanques fabricados en plásticos reforzados en fibra de vidrio se comenzará desarrollando un elemento de placa que tenga la capacidad de analizar fuerzas en las tres direcciones x, y, z. Este elemento es un cuadrilátero de cuatro nodos que puede ser no simétrico, el cual tiene la capacidad de calcular desplazamiento y giros en las tres direcciones de los ejes coordenados. Conociendo que las paredes del tanque están fabricadas con material compuesto y que estas se conforman por capas, las cuales tienen diferentes propiedades, el estudio se hace por medio de un elemento laminado y la matriz elástica de este se halla de forma diferente a la de un elemento no laminado. No obstante este elemento sufre una transformación de coordenadas para que funcione en cualquier geometría. Con los anteriores análisis se pueden calcular la matriz de rigidez para cada elemento y con esta conformar la matriz de rigidez global. Y así, poder calcular desplazamiento, giros y esfuerzos que se presentan en toda la geometría. Los análisis anteriores hacen parte del análisis estático, sin embargo para el estudio dinámico se hará uso de la matriz de rigidez descrita anteriormente y adicionalmente las matrices de masa y amortiguamiento, las cuales depende directamente de las funciones de formas del elemento. Con estas matrices y el vector de fuerzas se pueden calcular la variación del desplazamiento, velocidad y aceleración en función del tiempo. Estos cálculos se logran gracias a método de integración del tiempo de Newmark