s ISTE

SISTEMA EXPERTO EN ARMADURAS (ISOSIPER 1 . O ) M. en C. Ana Lilia Laureano Cruces

Alumno Francisco Javier Villanueva Coronado Alumno J. Alberto Rodríguez Chávez

I

kEN UNYVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Casa abierta al tiempo

UNIDAD AZCAPOTZALCO División de Ciencias Básicas e Ingeniería Oepartamento de Sistemas

ISBN 970-620-559-4 SEPTIEMBRE DE 1994

PRESENT ACION ISOSIPER 1.0 PARA WINDOWS es un software dedicado al diseño y análisis de Armaduras. Su aplicación va dirigida al campo de la Ingeniería Civil, donde estas estructuras son ampliamente utilizadas.

Básicamente contamos con dos tipos Armaduras: Isostáticas e Hiperestáticas.

El software se distribuye en un diskette de 3 1/2” de Alta Densidad. El paquete completo debe incluir los siguientes archivos :

ARMADURA.EXE Archivo ejecutable. Al. DAT Armaduras prediseñadas. A2. DAT A3 .DAT A4 . DAT A5. DAT A6. DAT A7. DAT A8. DAT Ag. DAT A10. DAT All. DAT A12 .DAT

REQUERIMIENTOS ISOSIPER 1.0 necesita de al menos:

Procesador 80286 2 MB de RAM Monitor VGA Color Windows 3.x Mouse

EJECUTANDO ISOSIPER ISOSIPER puede ejecutarse desde diskette o bien desde Disco Duro.

Para correr el programa es necesario cargar primero WINDOWS, cambiar al ADMINISTRADOR DE ARCHIVOS (File Manager). Cambiar a la unidad o directorio donde se encuentran los archivos de trabajo y ejecutar 1SOSIPER.EXE.

Al cargarse el programa, aparece una ventana en blanco con el titulo “ISOSIPER 1.0” y opciones de menú correspondientes a los diferentes módulos de aplicación.

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- -

ASIGNACION DE UN ICONO A ISOSIPER ISOSIPER también puede instalarse manualmente dentro de Windows como cualquier otra aplicación.

Para instalarlo y asignarle un icono, se sigue el siguiente procedimiento.

- Copiar todos los archivos en UE directorio, i.e. C:\ICOSEPER

- Entrar a windows.

- Elegir Archivo-Nuevo. Seleccionar Grupo de programas. Al preguntar Descripcion, teclear ISOSIPER 1.0.

- Elegir Archivo-Nuevo. Seleccionar Elemento de Programa. En el campo Descripcion, introducir ISOSIPER 1.0; en el campo Linea de Comando, teclear C:\ICOSIPER\ISOSIPER.EXE.

- Elegir Archivo-Propiedades-Cambiar Icono. Windows envia el mensaje "NO hay iconos disponibles", presionar OK. Al aparecer el campo Nombre del Archivo, teclear C:\XSOSIPER\ISOCIPER.ICO.

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COMANDOS DE ISOSIPER Las opcioaes disponibles al usuario están organizadas en niveles jerárquicos tipo Menú. A continuación se listan estas opciones.

CARGAR L ESCALA MAYOR L MENOR ARMADURA

DIMENS ION

FUERZAS

APOYOS

MODULO

RESOLVER

AYUDA

ANALISIS

NUMERO L COORDENADAS -JUNTAS

MIEMBROS NUMERO -TZcoNEcT IvI D m

REINICIO

GUARDAR

AYUDA

DISEÑO

TIPOS

ACERCA DE...

AYUDA

5

DISEÑO DE ARMADURAS El dist’ño consiste en especificar las propiedades

estructurales que posee una armadura.

En esta etapa las coordenadas no tienen relación con las verdaderas dimensiones de la estructura,guardan una relación puramente yeométrica.

Una vez dentro del módulo DISEÑO, se presentan al usuario las opciones necesarias para construir armaduras propias.

El procedimiento a seguir es:

1)Especificar Número de Juntas o Nodos: JUNTAS -NUMERO

Al iniciar el proceso de diseño mediante esta opción, automáticamente se genera en par,talla un eje coordenado en dos dimensiones. Las juntas se pueden localizar sólo en la intersección de dos líneas. En caso de error al introducir este valor, se puede elegir de nuevo esta opción siempre y cuando no se haya empezado a definir la ubicación de las Juntas.

2)Es~ecificar Ubicacion de las Juntas con respecto al eje coordenado:

JUNTAS-COORDENADAS

Las Juntas se numerarán de acuerdo al. orden en que se introduzcan estos parámetros.

3)Indicar número de miembros: MIEMBROS-NUMERO

Se puede corregir este valor invocando de nuevo la opción siempre y cuando no se haya empezado a definir la conectividad.

4)Indicar conectividad para cada miembro: MIEMBROS-CONECTIVIDAD

Conectividad se refiere al número de junta inicial y final que conecta el miembro a la armadura. Estos parámetros corresponden a la numeración que se ubica sobre cada Junta.

6 ..

5 ) Archivar la armadura : GUARDAR

El nombre del archivo obedece las mismas regals aplicables a MSDOS: máximo 8 caracteres con extensión opcional.

Reinicializar: REINICIO

La versión actual de ISOSIPER no permite la redefinición de las coordenadas de las juntas o de la conectividad de l o s miembros. En caso de cometer algún error al especificar estos parámetros, es necesario reinicializar el proceso de diseño mediante esta opción.

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ANALISIS DE ARMADURAS El Análisis tiene por objeto llegar a la solución de una

Armadura: la iiagnitud y tipo de fuerza que actúa en cada miembro.

La solución depende de los siguientes factores:

a) Forma y tamaño de la estructura. b) Tipo y ubicación de apoyos. c) Areas de los miembros (Hiperestática). d) Fuerzas externas sobre cada Nodo. e) Módulo de Elasticidad.

El procedimiento para solucionar la armadura es el siguiente:

1)Leer la Armadura: ARMADURA- CARGAR

El análisis puede efectuarse para cualquier armadura ilustrada en el módulo TIPOS (ver figura de tipos)o bien alguna diseñada por el usuario. Al leer el archivo, se dibuja en pantalla la Armadura correspondiente.

2)Definir el tamaño real de la Armadura: DIMENSION

Con esta opción se introducen las coordenadas X y Y de cada junta en unidades reales. La junta cuyas coordenadas se encuentran en proceso se presenta de color VERDE. Una vez introducidos s u s valores, cambia a ROJO. Es vital que a la junta ubicada en la parte inferior izquierda se le asigne el origen X = O, Y = O.

3)Definir el TiDo v Ubicación de los APOYOS: APOYOS-INICIO APOYOS-FIN

APOYOS-INICIO habilita el mouse para señalar a l a s juntas apoyadas. Una vez iniciado el proceso, ubicar el cursor en las proximidades de la junta deseada y presionar el botón izquierdo. Al reconocer la existencia de la Junta, aparece una ventana cuestionando el Tipo e Inclinación del Apoyo actuando en esa Junta. El ángulo se especifica en grados siguiendo la convención positiva en contra de las manecillas del reloj (Figura 1). Es necesario desactivar la opción con APOYOS-FIN antes de continuar el análisis. Si la armadura es inestable, no se puede analizar. Esta condición se indica con un mensaje.

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4)Definir del Area de cada miembro (HIPERESTATICA) :

Esta opción se activa automáticamente cuando se detecta la condiciór, Hiperestática de la armadura. El miembro correspondiente, se presenta de color VERDE; una vez definida su área, cambia a R O J O .

5)Definir la Fuerza Externa sobre cada Nodo: FUERZAS-INICIO FUERZAS-FIN

FUERZAS-INICIO habilita el mouse para señalar las juntas cargadas. Una vez iniciado el proceso, ubicar el cursor en las proximidades de la Junta deseada y presionar al botón izquierdo. Al reconocer la existencia de la Junta, aparece una ventana cuestionando la Magnitud y Angulo de la Fuerza actuante. El ángulo se especifica siguiendo la convención positiva en contra de las manecillas del reloj (Figura 2). Es necesario desactivar la opción con FUERZAS-FIN antes de continuar el análisis.

GIEspecificar el valor del Módulo de ElasticidadL MODULO

7)Solucionar la Armadura: RESOLVER

La solución se presenta en forma tabular, listando los miembros de acuerdo a su número de Junta Inicial y Final. La magnitud de la fuerza actuante con sigr,o. El signo positivo representa fuerza de Tensión; el negativo de Compresión.

Cuando la armadura es Isostática, se presenta 1.a Fuerza actuante; cuando se detecta Hiperestática, además se presentan los Alargamientos y las Deformaciones de cada miembro.

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EJEMPLO 1: Armadura Isostática diseñada por el usuario.

El sistema que se analizará se muestra en la figura 3.

Al cargar el paquete desde wi.ndows, aparece la ventana principal (figura 4).

El primer paso es dibujar la forma de la armadura y almacenarla en un archivo que será leído por el módulo Análisis:

DISEÑO DE LA ARMADURA

1) Elegir DISEÑO en el menu principal. Deberá aparecer la ventana de la figura 5.

2) Seleccionar JUNTAS-NUMERO, al aparecer el. diálogo de la figura 6, teclear el número. En este caso 5 .

3) Seleccionar JUNTAS-COORDENADAS, introducir los siguientes valores en el diálogo (figura 7 ) , se recuerda que esta parte nada tiene que ver con las dimensiones reales sólo se refiere a la geometría.

x : 2 Y : 3

Al presionar OK, la junta se visualiza (figura 8) y aparecen los campos X y Y de la siguiente junta. Los siguientes valores son:

4 1 5 3 6 1 7 3

X : Y :

Los campos conservan sus valores anteriores; para actualizarlos, se borra el valor anterior con BACKSPACE y se introduce el nuevo. Es válido modificar sólo un campo. Aparecerán tantos diálogos como numero de juntas existan. Al teminar de definir coordenadas, aparecen l o s números asignados a cada junta (figura 9):

4 ) Seleccionar MIEMBROS-NUMERO. Introducir el valor en el diálogo (figura 10). En este caso existen 7.

5) Seleccionar MIEMBROS-CONECTIVIDAD. En el diállogo que aparece (figura 11) , introducir los valores:

Junta Inicial: 1 Junta Final: 2

Al presionar OK, el miembro se visualiza (figura 12). Continuar este proceso hasta tener la armadura completa de la figura 13. El orden en que se forman los miembros no importa.

6 ) Seleccionar GUARDAR. Introducir el nombre del archivo deseadu (figura 14). Elegimos cualquier nombre en este caso se eliqe TUTOR-DAT. Al guardarse exitosamente la armadura, aparect la figura 15.

7 ) Abandonar el módulo DISEÑO presionando dos veces el. ratón en el cuadro de control (Ubicado en la parte superior izquierda de la pantalla).

ANALISIS DE LA ARMADURA

1) Accesar el módulo ANALISIS en el menú principal. Aparecerá la ventana de la figura 16.

Seleccionar ARMADURA-CARGAR. En el diálogo (figura 17), introducir el nombre del archivo que ccjntiene la armadura, aquí existen dos opciones, la primera es elgir el nombre de una armadura definida por el usuario y guardada previamente como en el caso de TUTOR.DAT, la segunda es dar el nombre de alguna de las armaduras proporcionadas por el sistema (ver figura de Tipos). Si la operación tiene éxito, la armadura aparece en pantalla (figura 18).

3) Seleccionar DIMENSION. Aparece el diálogo de la figura 19. Para la primera junta, las coordenadas son (ver figura 3 ) :

x: o Y: 8

La junta se muestra en verde al preguntar sus dimensiones y pasa a rojo al introduci-rlas. Al terminar, se muestra en pantalla las coordenadas de cada junta (figura 20). Si hay error, se repite el proceso eligiendo de nuevo DIMENSION.

4) Seleccionar APOYOS-INICIO. Al activarse esta opción (figura 21), el botón izquierdo del ratón se habilita para seleccionar la junta apoyada.

5 ) Ubicar el cursor en las cercanias de la junta y presionar el botón izquierdo, al aparecer el diálogo de apoyo (figura 22), elegir FIJO y con ángulo O. Repetir este paso con el otro apoyo: RODILLOS y con ángulo O. En caso de error, elegir de nuevo APOYOS-INICIO.

6 ) Seleccionar APOYOS-FIN. Aparecerá la figura 23, indicando que el análisis es posible. Después aparecer2 la figura 24, liberando el ratón.

7) Seleccionar FUERZAS-INICIO. Al activarse esta opción el botón izquierdo del ratón se habilita para seleccionar la junta.

11

_-

8 ) Ubicar el cursor en las cercanías de la junta y presionar el botón izquierdo, al aparecer el diálogo de fuerza (figura 2 5 ) , elegir:

Repetir este paso con la otra fuerza:

Al terminar con las fuerzas, aparece la figura 26. En caso de error, elegir de nuevo FUERZAS-INICIO.

Magnitud: 2000 Angulo: 90

Angulo: 90 Magnitud: 1000

9) Seleccionar FUERZAS-FIN. Se libera el ratón.

10) Seleccionar MODULO. Al aparecer el diálogo (figura 2 7 ) introducir 1.0.

11) Seleccionar RESOLVER. Después de un tiempo, se muestra la solución de la armadura (figura 2 8 ) . Mostrándose en rojo los miembros a tensión y en azul a compresión.

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Ejemplo 2: Arma.dura Hiperestática prediseñada.

ANALISIS DE LA ARMADURA Para desarrollar este ejemplo, emplearemos la armadura TUTOR.DAT diseñada con anterioridad.

Para hacerla Hiperestática, le agregamos otro apoyo (Figura 2 9 ) .

Los pasos a seguir en el análisis son los mismos del ejemplo anterior, excepto en la definition de Apoyos.

Al terminar de definir los Apoyos, ISOSIPER detecta que se trata de una Armadura Hiperestática (Figura 30) y pregunta el área de cada miembro (Figura 31). Ante el diálogo que aparece (Figura 32) , introducir el área del miembro mostrado en VERDE; pasará a ROJO una vez introducido tal valor.

Al momento de resolver la Armadura, aparecer* dos colutnnas extras: ALARGAMIENTOS y DEFORMACIONES (Figura 3 3 ) .

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ASPECTOS IMPORTANTES ANTES DE CONTINUAR

RESTRICCIONES

En ISOSIPER el máximo numero de apoyos que puede tener una armadura es de cinco ya sean fijos o de rodillos.

Al introducir fuerzas en la armadura, se debe cuidar de que no haya mas de una fuerza cargando el mismo nodo. En caso de que la solución de la armadura así lo requiera se deberá obtener la resultante de estas fuerzas y suministrarla a ISOSIPER.

ALGO MAS SOBRE ISOSIPER 1.0

CONVENCIONES PARA INTERPRETAR LA§ REACCIONES

En ISOSIPER, cuando se trata de reacciones, l o s resultados positivos tienen la dirección de izquierda a derecha cuando se trata del eje X y de abajo hacia arriba para el eje Y. Los resultados negativos serán entonces los sentidos de derecha a izquierda para el eje X y de arriba hacia abajo para el eje Y.

COMO IMPRIMIR LOS RESULTADOS

Gracias a que ISOSIPER fue desarrollado para trabajar en ambiente WINDOWS, obtener impresiones de ISOSIPER tiene muchas ventajas. Cuando queremos un resultado para imprimirlo primero pulsamos la tecla de imprimir pantalla o print screen. Una vez hecho esto conmutarnos de tarea hacia el administrador de programas de WINDOWS y activamos la aplicación Paintbrush que se encuentra dentro del grupo de programas Accesorios. Dentro de esta aplicación nos movemos al menú de edición para activar la opción Pegar. Así en la ventana de Paintbrush aparecerá la ventana de resultados del ICOSIPER. Cabe señalar que deberá ajustarse el tamaño de la imagen del PaintBrush antes de cargar la imagen a imprimir para no perder parte de la misma. La ventaja de este método es que en Paintbrush se puede dar mejor acabado a nuestra impresión además de poder guardar la imagen en formatos *.PCX y *.BMP para poder insertarlos en procesadores de palabras.

14

A l .DA7

m A4.DAT

A7.DAT

A A l O.DAT

A2.DAT

* A5.DAT

A8.üAT

A l 1 .DAT

FIGURAS D E TIPOS

A3.DAT

&Llxlxh A6. DAT

Ag. DAT

A A l ZDAT

15

O n

180

45

270

'igura 1. Convención de angulos en apoyos.

+ O "

__c 180

90

li 270

&

Figura 2. Convención de signos en Fuerzas.

16

F=200O F=l OüQ

Tigura 3. Armadura a Analizar.

17

--

Figura 4. Ventana principal de ARMADURAS V1.0

luntas Miembros &¡nido guardar Ayuda

' O I I I I I I I I I 9 - t t t t t i i - i - i -

- -L I- L L. L Li!-!- I I I I I I I I

I I I I I I I I I 5 - t t t t r t - i - i - l - ~-++tttt-I-I- I - - 1- I- L L L- L!--I-I--

I I I I I I I I I 1 - t t t t t r i - - i - i -

8 -+ t t 4 - t - FkI-I-

3 - 1 I I I I I I I I - --------

I I I l l I I I I ,

' 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P

Figura 5. Ventana del módulo diseñador.

18

--- ____ D I S E Ñ O

______________ 3 !untas M imbros Reinlcio Guardar Ayuda

9 - t t t t t i i - i - i -

- i J- L L L I-!-!-!- I I I I I I I I I

5 - t t t- t t t-i-¡---i-- 4 - + + t t- t- I-I-I-I- - i I- L L i L!--!--!-

I I I I I I I I i

8 - + + t t kI-1-l- 7 - 1 I I I I I I I I -- _-________

3 - 1 - -- I I - I - I I -- I I -- I -

t t t t t r ir- i-i I O I i I I ! i

O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

No. de Juntas:

F;;I-7

Figura 6. Diseño: numero de juntas.

t t t t ?-- r- i-j-i I I I I I I l i I

O 0 1 2 3 4 5 6 I 8 9 10

Figura 7. Diseño: coordenadas de la junta

19

3 D I S E ~ O Juntas Miembros fielnido Guardar Ayuda

l o

9

8

5

4

1

I I I I I I ! I I - -c t t t t t-i-i-i- -++tttt-I-1-1- - 1_ L L L L L!-!-!- TlT-li-ll-l-i -ttttt-t-i-l-I- -++ttt-t-I-I-I- - I- A L L L U-!-!- T T i l r l l - i - i -t'tttt-t-i-i-i-

7 - ~ I I I I I i I I -

3 - 1 I I I I I I I !-

I I I I I I I I ~

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9

8

5

4

lgura 8. Diseño: ubicación de la junta.

I I I I I I I I I - t t t t t r i - i - i - -++tttt-I-1-1- - 1- I- L L L I-!-!-!- T T ~ l ~ l l - l - i

- t t t t t r i - l - - i - -++tttti-1-1-

7 - 1 I I I I I I I I -

Juntas Mlembros Rcinido Guardar h d s

Figura 9. Diseño: numeración de l a s juntas.

20

--- D I S E Ñ O Juntas Mi mbros fjeinicio Guardar Ayuda - 3----

L- L I- I_ i!-!-! - I I I I I I I I - - -

I I I I I I I I t t t t r-i-i-i

- - No. de Miembros:

1 2 3 4 5 ti 7 8 9 10

Figura 10. Diseño: número de miembros.

I--_____I ~- ____-_I.-__-_I_____

D I S E Ñ O Juntas Miembros Reinicio Guardar Ayuda

a . 1 2 3 4 5 6 7 B 9 10

I Figura 11. Conectividad del miembro.

21

D I S E Ñ O Juntas Miembros Belnldo Guardar Ayuda

'O I I i I I I I I I 9

8

-'r t t t t I-I-I-t- + + t t t-- t-I--1-1- I- 1- L L- L I-!-!-!- -------- / I I I I I I I I _ I I I I I I I I I

' 5 t t t t r I - - i - i - - i - 1 ~ ++tttt-I-I-, 1-

I I I I i I I I I

' 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 '

Junta lniciai: 101

I :El: - p-j U

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I Figura 12. Diseño: ubicación del miembro.

'O I I I I I I I I I 9 - t t t t t r i - i - i - 8 -++ttt-t-I-I- I - - 1- I- L L L L!-!-!- ITIIII!--I--l

5 - t t t t t I - r i - i - 4 -++tttt-I-I-I-~

7 - 1 I I I I I I I I-

I- I

1 -tt 4- r r - i - i - I I I I I I I I I

' 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I

Figura 13. Diseño: armadura finalizada.

22

I - t t t t i I

U L L - U ' 0 1 2 3 4 5 6 7 E 9 10

F i g u r a 1 4 . D i s e ñ o : nombre de l a armadura.

Se ha guardado la Armadura

1 1- t 1- s r 5 - r i - i - i i u- ' 0 1 2 3 4 5 6 7 0 9 10

' i g u r a 1 5 . Diseño: Almacenamiento de l a armadura;.

23

L &madura Pimension Apoyos Euerzas Modulo &sohicr Ayuda

i

Figura 16. Ventana del módulo análisis.

A N A L I S I S

- &madura Dimension Apoyus Euerzas Modulo Besolver Ayuda

Hombre del Archivo:

(hitor.dslj

Figura 17. Análisis: nombre de la armadura.

24

L

m a d u r a Dimension 40yos Fuerzas Modulo Sesotver Ayuda

Figura 18. Análisis: armadura cargada.

w Coordenada X:

Coordenada y:

~ ~ ~~-

Figura 19. Análisis: dimensiones.

25

JUNTA COORDENADAS 1 I o. €4 2 16. O1 3 112. 81 4 ii 8, oi 5 (24. O]

igura 20. Análisis: coordenadas en dimensiones reales.

I A N A L I S I S m a d u r a plmcnslon Noyus Euerzas Modulo Besolver Ayuda

I lnldando Ddlniclon de Apoyos I

igura 21. Análisis: activación de apoyos.

26

I -~ ANAL1 S I S

-_ Lrmadura Qimenslon A p y o s fuerzas Modulo Besolver Ayuda

w igura 22. Análisis: opciones de apoyo.

--.___- -- &madura Qimension 4 y o s Euerzas Modulo Resolver Ayuda

Soludon Posible

YrnM Figura 23. Análisis: posibilidad de soluci&n.

27

I

5 A N A L I S I S - Armadura Qlmension 4 0 y s Euerzas Modulo Hesolver Ayuda

I ~~

Deflnldon de Apoyos Flnsllzads I

Figura 24. Análisis: desactivación de apoyos.

31 A N A L I S I S - m a d u r a Qlmenslon &oyos Fuerzas Modulo Resolver Ayuda

1 Figura 25. Análisis: opciones de fuerza.

8__1

'igura 26. Análisis: ubicación de fuerzas.

D A N A L I S I S &madura Dimension ~Qoyos fuerzas Modulo Resolver Ayudn

Modulo De Elasticidad: I

igura 27 . Análisis: módulo de elasticidad.

29

m a d u r a qlrncnslon iieoyas Euerzas Modulo Besolver Ayuda

=2000.0 =1000.0

% igura 28. Análisis: resultados de armadura

Isostática.

F=2000 F=l O00 Arca por barra:

10 em'

Módulo de Elasticidad: 25 O00 O00

1 I

' 6 ' 12 ' 6 '

'igura 29. Armadura Hiperestática a analizar.

30

I I Soluclon Posible

Figura 30. Análisis: detección de armadura hiperectática.

--I

! ! !madura - Qlmensian b o p s _Fuerzas Modulo Resolver Ayuda

Definiendo Areas

Figura 31. Análisis: definición de áreas.

31

Figura 33. Análisis: resultados de armadura Hiperestática.

32