IMPOSTAZIONI PER LA CREAZIONE DEL MODELLO FEM (DIALOGO)

 

 

 

Questo dialogo è usato per fissare le impostazioni con cui verrà creato ed analizzato il modello FEM dei componenti selezionati. Per maggiori informazioni su come venga creato il modello FEM degli aggregati, si rimanda a Come...Creare il modello FEM degli aggregati. Può anche essere utile leggere Come... eseguire analisi non lineari.

 

 Per prima cosa si sceglie il nome del modello FEM che verrà creato ed analizzato. Ciò consente di distinguere i vari modelli che, per uno stesso Renodo, potranno essere creati e analizzati. Il nome specificato si aggiunge al nome del modello e del renodo nel seguente modo. Supponendo che il modello si chiami MODELLO e che il renodo sia AB, avendo dato il nome Prova si otterrebbe il modello:

 

MODELLO.AB.Prova

 

Nel caso in cui siano utilizzati i solutori interni a CSE il file del modello ha estensione .WSR (Windows SaRgon). Il programma usato per vedere i risultati sarà in tal caso Sargon Reader.

 

 La seconda importante scelta riguarda la dimensione degli elementi  usati per le saldature. Tale impostazione, per ragioni di compatibilità tra le varie parti che compongono il modello complessivo, deve essere unica per tutto il modello. Ovviamente, tanto più piccola è tale dimensione (che va introdotta usando le unità attive), tanto più raffinato e voluminoso risulterà il modello complessivo. Per quanto riguarda invece la dimensione degli elementi lontani dalle zone anzi dette, i bordi degli componenti, e l'angolo minimo accettabile per la mesh, valgono le impostazioni date a ciascun componente nei rispettivi dialoghi. Ciò consente, entro certi limiti, di differenziare la raffinatezza della mesh a seconda del componente. La opzione Smooth, ed il relativo massimo numero di iterazioni, serve a migliorare la qualità della mesh. La opzione Dividi facce consente di avere mesh più regolari. In pratica, le facce delle membrature sono suddivise da piani normali all'asse per cercare di ottenere, nelle zone lontane dai connettori, quadrangoli semplici e privi di nodi interni da rispettare, che possono essere meshati con algoritmi dedicati ai quadrangoli dando luogo a mesh altamente regolari.

 

 La terza scelta riguarda gli oggetti da vincolare.  Nella parte di sinistra del dialogo compare la lista delle membrature e dei tramite che faranno parte del modello FEM, ovvero la lista degli oggetti selezionati al momento della esecuzione del comando. Il programma applicherà dei vincoli agli oggetti scelti, lasciando invece liberi gli altri. La scelta dei vincoli, che sono necessari per eseguire l'analisi, è delicata e dipende dal problema allo studio. Valgono le seguenti regole.

 

1.I vincoli alle membrature sono applicati in funzione delle caselle spuntate o no, all'estremo non collegato della membratura. Se la membratura è passante si devono specificare i vincoli (ben posti ovvero non labili) a entrambi gli estremi. Se invece è interrotta allora si devono specificare i soli vincoli alla estremità lontana dal nodo, l'unica per la quale i vincoli siano elencati.

2.I vincoli ai tramite sono applicati come 6 vincoli elementari, tre traslazionali e tre rotazionali, in modo da costituire un vincolamento minimo nello spazio (vincoli isostatici).

3.Se sono presenti saldature non saturate, i nodi di queste saldature sono vincolati completamente con un incastro se queste saldature hanno il corrispondente flag impostato (si veda il dialogo per la definizione delle saldature).

4.Se un blocco vincolo è presente nella lista (un blocco vincolo può essere incluso nella lista se si vuol fare una analisi con nonlinearità di contatto), esso deve essere vincolato. I vincoli saranno applicati in funzione delle scelte fatte nel riquadro Modellazione del blocco vincolo (vedi più oltre).

 

I vincoli devono essere applicati in modo da generare delle situazioni fisicamente sensate. Casi classici sono i seguenti.

1.Nodo di base su blocco vincolo. Se nella lista non è presente un blocco vincolo, viene vincolata la membratura master all'estremo opposto della connessione, e quindi lontano dal blocco vincolo (che non è modellato). Se invece il blocco vincolo è presente nella lista allora va vincolato il blocco vincolo.

2.Presenza di più membrature. Di solito si vincola solo il master. Se però una certa membratura n è collegata mediante una bullonatura con contrasto, e non si fa una analisi con nonlinearità di contatto, allora va vincolata anche quella membratura che altrimenti risulterebbe distaccata dal resto e libera di muoversi (si veda quanto in Come...Creare il modello FEM degli aggregati). Se invece viene chiesta una analisi con nonlinearità di contatto, le bullonature saturate con superficie di contrasto vengono modellate esplicitamente mediante elementi finiti, e la membratura risulta collegata e quindi non libera di muoversi. In tal caso è sufficiente vincolare la membratura master.

3.Presenza solo di tramite senza alcuna membratura. In questo caso ogni aggregato di oggetti disgiunto dagli altri aggregati non collegati deve avere un componente (uno e uno solo) vincolato. Se esiste un unico aggregato non collegato, un solo oggetto andrà vincolato.

 

 

Se si usa Sargon Reader i vincoli sono riconoscibili nel modello creato come pallini di colore magenta.

 

Relativamente alle scelte di creazione del modello, si ha la possibilità di creare:

 

1.solo lo scheletro dei modelli (ovvero senza l'aggiunta degli elementi plate-shell ma conservando solo le linee di costruzione, al fine di meglio comprendere eventuali problemi di meshing legati alla sfortunata posizione di hard points).

2.I modelli completi (con elementi plate shell, ma senza far girare l'analisi).

3.I modelli completi con anche l'analisi. In questo caso verrà eseguito il solutore opportuno e al termine della analisi verrà aperto il programma opportuno per vedere i risultati.

 

 Come solutore è possibile utilizzare sia il solutore interno a CSE in ambito lineare (CLEVER: Choleskij Linear Elastic Variable Element Resolver) sia quello in ambito non lineare (CURAN, CURved ANalysis), sia Sap2000™ (che deve essere installato e disponibile) sia un qualsiasi altro solutore. Nel caso in cui si faccia una analisi non lineare, i materiali dei componenti (membrature e tramite) devono avere delle opportune leggi costitutive non lineari (ad esempio elastiche perfettamente plastiche o elastiche incrudenti).

 

 

Non linearità di contatto

 

Questo gruppo di controlli ha significato solo se è stata richiesta una analisi non lineare con il flag sulla non linearità di contatto attivato.

La casella penalty è usata per fissare il valore di penalty da usare per gli elementi di contatto. Questo valore di penalty è una rigidezza (forza per unità di lunghezza) e deve essere introdotto usando le unità di misurta correnti. Semplificando un po' si può dire che la penalty è la rigidezza interna degli elementi non lineari di contatto che sono aggiunti automaticamente dal programma tra le due o più superfici di ciascuna bullonatura che impieghi una superficie di contrasto. Questa rigidezza è attivata se gli elementi non lineari di contatto sono compressi, ovvero se il gap va a chiudersi. Il valore di penalty non deve essere troppo alto, o vi saranno problemi di convergenza, e non deve essere troppo basso, o le superfici tenderanno a compenetrarsi. Sembra che una buona scelta per problemi tipici sia nell'intervallo 104-105 N/mm ma la prova va fatta sul singolo problema allo studio.

Modellazione blocco vincolo è un gruppo di controlli impiegato per decidere come debba essere modellato il blocco vincolo, se presente nel modello.  Dato che normalmente il blocco vincolo implica una bullonatura che impiega una superficie di contrasto, e se è richiesta una analisi con non linearità di contatto, allora è necessaria una "superficie obiettivo (target)" che sia correlata al blocco vincolo stesso. Questa superficie obiettivo può essere: il piano medio del blocco vincolo (Nodi incastrati semispessore), assunto idealmente come rigidamente vincolato; o può essere la superfice "superiore" di un blocco vincolo modellato con elementi solidi  (Elementi solidi).  La prima scelta è fatta al fine di collocare una superficie di appoggio rigida, così da avere un modello agli elementi finiti più semplice e veloce, probabilmente con una convergenza rapida. La seconda scelta è fatta al fine di modellare la deformabilità del blocco vincolo, ed in questo caso il blocco vincolo è modellato con elementi solidi.  Se si sceglie la seconda opzione, al blocco vincolo deve essere assegnato un opportuno materiale (lineare).  Per determinare il passo di mesh dell'elemento blocco vincolo (quando è modellato con elementi solidi) si usa la casella Passo Mesh. Gli elementi solidi comportano una soluzione più lenta, e quindi occorre trovare un buon compromesso tra l'accuratezza della mesh e le richieste di tempo computazionale. Sembra che una buona scelta iniziale possa essere che la mesh del blocco vincolo sia 5 volte il passo di mesh altrimenti adottato nel modello.

 

Molle stabilizzatrici

Se è aggiunta la non linearità geometrica ad una analisi non lineare, o se è richiesta una analisi di buckling, con l'obiettivo di ottenere informazioni circa la possibile instabilizzazione di irrigidimenti, fazzoletti di nodo, o in generale di componenti o parti locali, può avvenire che venga rilevata una instabilità spuria di membrature, dato che nel modello agli elementi finiti creato automaticamente da CSE queste sono necessariamente modellate come monconi uscenti dal nodo. Questo effetto non voluto può essere ridotto accorciando i monconi delle membrature, oppure può essere ridotto aggiungendo molle "stabilizzatrici" alle estremità non connesse di ciascuna membratura. Per fare questo, le membrature alle quali devono essere applicate le molle devono essere selezionate nella lista con le membrature, e deve essere fissato un opportuno valore di rigidezza traslazionale per le molle stesse (Rigidezza). Se le membrature sono soltanto soggette ad una azione assiale, le molle stabilizzatrici non assorbono alcuna forza, dato che esse sono perpendicolari all'asse della membratura. Comunque, se sono applicati tagli o momenti flettenti, allora le molle si caricheranno e la distribuzione di sforzi nel modello sarà falsata. Per questa ragione le molle stabilizzatrici è bene siano usate solo per elementi soggetti a sola azione assiale come i diagonali di controvento.

 

 

 

 La creazione di modelli FEM di aggregati porta facilmente a modelli con svariate decine di migliaia di gradi di libertà o alcune centinaia di migliaia di gradi di libertà. Talvolta la dimensione dei modelli non consente di trattare contemporaneamente più di un certo numero di casi di carico (ciò avviene quando la dimensione dei file binari di output supera i 2Gb). Per questa ragione è possibile scegliere di analizzare un numero ridotto di casi di carico, tra quelli analizzati e verificati per il renodo in precedenza. Il controllo casi di carico da includere nel modello, serve appunto a selezionare solo alcuni casi di carico, evitando che il modello creato li includa tutti. Il bottone Tutti e il bottone Nessuno rispettivamente seleziona o deseleziona tutti i casi.

 

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