Simulazione meccanica di un nodo di carpenteria

Betoniera

Super moderatore
Staff Forum
Messaggi
872
Non so come sia stato modellato il nodo, ma di sicuro farlo non deve essere stato una passeggiata. Con modellazioni del genere i problemi di contatto non sono assolutamente trascurabili, senza dimenticare che i bulloni stessi e la loro modellazione non è affatto scontata (di solito si modellano beam equivalenti, per evitare tutti i casini relativi alla filettatura e compagnia bella...).
Se però il nodo fosse preminentemente compresso, forse si può semplificare molto. A vedere le tensioni infatti sembra piuttosto simmetrica la distribuzione. Puoi confermare?


Ciao Jageirmaister
La modellazione meccanica di un pezzo di acciaio è molto diversa da quanto siamo abituati a fare noi in ambito civile:
- cambia la modellazione (in volume e on in superficie),
- cambia l'input dei dati dati (non si può in meccanica mettere un carico concentrato in un punto: la tensione sotto sarebbe infinita),
- cambiano i risultati (non esiste una mappa dei momenti flettenti o una mappa dei tagli: esiste solo la mappa delle tensioni principali di cui non conosciamo la direzione)
- cambia proprio la teoria di riferimento (Von Mises anzichè De Saint Venant).
Noi Ingegneri civili dovremmo ricordarci che, applicando De Saint Venant, per la risoluzione delle strutture, operiamo con una serie di esemplificazioni:
- materiale omogeneo,
- sezioni costanti o con leggere variazioni,
- planarità delle sezioni durante la deformazione.
Ebbene, proprio queste limitazioni, rendono inaffidabili i risultati proprio quando non vengono rispettate.
Ad esempio una mensola tozza, brusche variazioni di sezioni, un albero con un intaglio ecc.
La modellazione meccanica con teoria Von Mises non ha queste limitazioni, pertanto riesce a cogliere le concentrazioni di sforzo che si verificano in corrispondenza di un intaglio o di una brusca variazione di sezione.

La modellazione meccanica di un pezzo è diversa da quella di un telaio civile o di una piastra, ma non è nulla di impossibile.
Bisogna però modellare con elementi volumici non di superficie.
Ansys ha un suo modulo per il disegno meccanico dove si possono applicare anche le saldature.
Ma si possono ottenere volumi anche in autocad, estrudendo, ad esempio delle superfici da modificare con operazioni boleane.
Il pezzo, così ottenuto, si importa in Ansys per la simulazione meccanica.
Ansys non è affatto facile da utilizzare e non c'è molto materiale su cui studiare.
Hai posto giustamente l'accento sul "Contatto" dei vari pezzi. Ebbene il Contatto è proprio l'elemento caratteristico della meccanica.
C'è il contatto con distacco, senza distacco, con attrito o rigido.
In base al contatto si può simulare il comportamento dei bulloni.
Qui sotto vedi la simulazione di un nodo di estremità, tutto saldato, fatto con Ansys
E' evidente che il livello di dettaglio delle tensioni non è nemmeno paragonabile ai risultati delle nostre simulazioni civili.
Notare, ad esempio, la concentrazione di sforzi nella parte centrale della lamiera inferire.
Non è possibile in alcun modo rilevarla coi sistemi di calcolo che utilizziamo noi ingegneri civili.
Ciao
Giunto.jpg
 
Ultima modifica:
La scala in carpenteria metallica del link a seguire e' stata modellata con una modellazione meccanica?


Non vorrei dire una cazzata...
 
La scala in carpenteria metallica del link a seguire e' stata modellata con una modellazione meccanica?


Non vorrei dire una cazzata...
A me sembra una semplice modellazione con plate.
Può andar bene per valutare il comportamento complessivo della struttura ma certamente non quello che succede nei nodi di collegamento.
 
In realtà secondo me non è necessario parlare di modellazione meccanica o civile. Noi ad esempio usiamo abitualmente Ansys (quest'anno mi imparerò anche Code_aster) anche per la parte civile e le strutture in calcestruzzo, anche se la modellazione volumetrica si limita al solettone di fondazione mentre tutto il resto è a shell tridimensionali (devo però ancora vedere/studiare il post trattamento di elementi volumetrici, mentre il post trattamento è fatto tramite programmi sviluppati ad hoc, cosicché che diventa quasi è più difficile trattare un telaio che un muro). La geometria però della parte civile è di solito molto più semplice della meccanica, ed infatti solitamente è parametrata in linguaggio apdl, anche per permettere un controllo della meshatura il più regolare possibile.

Altri utilizzi in ambito civile sono la messa a punto di comportamenti complessi. Attualmente sto lavorando sulle strutture in steel-concrete, quindi pienamente in ambito civile e bisognerà studiare tramite Ansys il comportamento termomeccanico.
 
Non so come si fa a modificare la risposta, ma volevo aggiungere un'ultima chiosa. Forse effettivamente il concetto meccanico-civile sta più che nel criterio di Von Mises è piuttosto racchiuso nella planarità delle sezioni: infatti è questo il vero discriminante fra un post trattamento meccanico (che si interessa di solito alle tensioni totali) rispetto ad un post trattamento civile, dove invece per carenze teoriche ci si rifà sempre alla sezione in cls classica, ovvero piana. Senza nulla togliere alle eventuali possibilità di strut&tie, senza le sezioni piane, diventa complicato stimare l'armatura necessaria in un elemento bidimensionale.

Aggiungo comunque che Ansys dà anche la possibilità di modellare il calcestruzzo con Shell multilayer che integrano elementi griglia, per integrare nell'analisi l'armatura, sebbene non abbia ancora avuto l'occasione di usarli. Infine, se si scende nella micromodellazione del calcestruzzo, esistono programmi che consentono studi molto dettagliati, di cui uno dei più conosciuti è probabilmente MASA
 
Non ho fatto molte simulazioni meccaniche, ma ho trovato questa del 2010 che mi sembra piuttosto interessante.
Notare la saldature dei piatti.
Si vede poco, ma c'è una punta di tensione in alto nell'angolo tra i fazzoletti di rinforzo.
Chi l'avrebbe immaginato?.
In ogni modo, in meccanica, uno splafonamento della tensione localizzata in punto o una zona limitata è tollerata (me l'anno detto i miei amici ingegneri meccanici che interpretano i risultati delle mie simulazioni).
Queste simulazioni vengono utilizzate anche per il calcolo a fatica (che io non so fare).
Ciao
Giunto.jpg
 
Sarebbe interessante fare dei confronti fra le diverse modalità di simulazione degli elementi delle connessioni. Mi riferisco ai cordoni d'angolo o ai bulloni che si possono modellare in modi diversi e alla simulazione dei contatti.
 
Sarebbe interessante fare dei confronti fra le diverse modalità di simulazione degli elementi delle connessioni. Mi riferisco ai cordoni d'angolo o ai bulloni che si possono modellare in modi diversi e alla simulazione dei contatti.
Se non hai precompressione, non vi è un'apprezzabile differenza fra modellarli finemente o come beam equivalenti con link rigidi ai dadi/rondelle
 
Non ho fatto molte simulazioni meccaniche, ma ho trovato questa del 2010 che mi sembra piuttosto interessante.
Notare la saldature dei piatti.
Si vede poco, ma c'è una punta di tensione in alto nell'angolo tra i fazzoletti di rinforzo.
Chi l'avrebbe immaginato?.
In ogni modo, in meccanica, uno splafonamento della tensione localizzata in punto o una zona limitata è tollerata (me l'anno detto i miei amici ingegneri meccanici che interpretano i risultati delle mie simulazioni).
Queste simulazioni vengono utilizzate anche per il calcolo a fatica (che io non so fare).
Ciao
Visualizza allegato 221
Salute Betoniera.
Mi piacerebbe fare una prova sullo stesso componente.
Potresti descrivermene la geometria?
int e Øtirafondi, spessore e dimensioni piastra, profilato HEAxxx ?
Grazie.
(le sollecitazioni mi pare siano leggibili dalle immagini)
 
Ciao quattropassi.
Non ci crederai, ma sto ricercando da mezz'ora il lavoro per cui avevo fatto quella simulazione e non lo trovo più.
Se proprio ti interessa farò una ricerca più accurata.
In ogni modo se lo scopo è quello di simulare un giunto con Ansys, ho trovato quest'altro lavoro semplice che puoi provare a riprodurre.
Ho compresso i file che avevo archiviato. Dovrebbero contenere sia il file di volume, sia la simulazione Ansys (allora avevo la versione 11).
Prova a vedere se riesci a leggere i file
Ciao
Simulazione.jpg
 

Allegati

  • Piastra sollevamento.zip
    11,6 MB · Visualizzazioni: 10
Ciao quattropassi.
Non ci crederai, ma sto ricercando da mezz'ora il lavoro per cui avevo fatto quella simulazione e non lo trovo più.
Se proprio ti interessa farò una ricerca più accurata.
In ogni modo se lo scopo è quello di simulare un giunto con Ansys, ho trovato quest'altro lavoro semplice che puoi provare a riprodurre.
Ho compresso i file che avevo archiviato. Dovrebbero contenere sia il file di volume, sia la simulazione Ansys (allora avevo la versione 11).
Prova a vedere se riesci a leggere i file
Ciao
Visualizza allegato 226
No Beto, ti ringrazio: volevo invece svolgerlo con una altro software e e quel nodo di base mi incuriosiva e si adattava bene.
Grazie.
 
No Beto, ti ringrazio: volevo invece svolgerlo con una altro software e e quel nodo di base mi incuriosiva e si adattava bene.
Grazie.


Ciao quattropassi
Travato.
Era una verifica fatta prima col sistema tradizionale, poi con Ansys.
Oltretutto era per un lavoro estero, per cui è stata tradotta in inglese
Questa sotto è la descrizione geometrica e i risultati della verifica tradizionale

piastraBase.jpg

Ground plate test
Axial design action at ULS Nd = kg 67499
Bending moment at ULS Md = kgm 887
Design shear at ULS Vd = kg 12439
Profile HEB 300
Profile width bp = mm 300
Profile height hp = mm 300
Middle plate thickness tw = mm 19
Upper plate thickness tf = mm 11
Ray r = mm 27
Profile area Ap = cm2 149,1
Profile inertia axis x Jx = cm4 25170
Resistance module profile axis x Wx = cm3 1678
Plate widht B = mm 600
Plate height H = mm 600
Plate thickness S = mm 30
Bolt distance from side C = mm 75
Welding thickness a = mm 10
Foundation concrete type Rck = kg/cm2 250
Ultimate concrete resistance fcu = kg/cm2 106,25
Plate and column steel S 275 (Fe 430)
Yield resistance fy = kg/cm2 2750
Shear resistance fyv = kg/cm2 1587
Rifollament resistance fyrif = kg/cm2 5500
Welding resistance fyv=0,58*fv fys = kg/cm2 1595
Bolt steel type 8.8
Bolt traction resistance fdN = kg/cm2 5600
Bolt shear resistance fdV = kg/cm2 3960
Bolt level number NLT = 2
Level Bolt Diameter Net bolt area Total bolt area
distance (mm) number (mm) (cm2) (cm2)
75 2 30 5,8 13,88
450 2 30 8,8 13,88

------- -------

4 23,21

- Column resistance test
Column Sigma = Md/Wx Sfc = kg/cm2 505,57 < 2750 ok
Column Tau = Td/Ap Tauc = kg/cm2 83,42 < 1587 ok
- Welding test
Welding area AreaS = kg/cm2 171,79
Welding inertia Js = cm4 27939
Welding resistance module Ws = cm3 1862
Axial stress Nd/AreaS+Md/Ws ro1 = kg/cm2 440,51
Shear stress ro2 = kg/cm2 72,4
Total stress (ro1^2+ro2^2)^0,5 ro = kg/cm2 446,42 < 1595 ok
- Concrete test
Neutral axis X = mm 2721
Section all compressed
Concrete stress at the top Scs = kg/cm2 19,21 < 106,25 ok
Concrete stress at the bottom Sci = kg/cm2 14,97
- Bolt test at traction and shear
(Sigma/fdN)^2+(tau/fdV)^2 < 1
Distance Sigma Tau Test
(mm) (kg/cm2) (kg/cm2)
Level 1 75 -280,27 535,7 0,02 < 1 ok
Level 2 525 -232,61 535,7 0,02 < 1 ok
- Ground plate test
Rifollament area plate holes ARif = cm2 36
Rifollament stress SfRif = kg/cm2 345,52 < 5500 ok
Bending moment on the plate axis a-a Ma = kgm 1273
Plate resistance module Wa = cm3 90
Plate stress axis a-a Sfa = kg/cm2 1414 < 2750 ok
 
Ho provato a replicare un nodo di ideastatica in Midas (applicando via via a step il carico crescente e assegnando un materiale fittizio ai plate snervati). I risultati erano sovrapponibili ma ci son volute ore e ore e ore per meshare un giunto flangiato, mettere i bulloni, mettere tutta la farmacopea di link compression only. Insomma un esercizio di stile :) vorrei provare in code aster
 
Avrei provato a replicare il nodo colonna flangiata su plinto proposto da Betoniera, con un altro software.
Se interessa, mi garberebbe sentire le vostre opinioni. Penso che si dovrebbe vedere al link sotto il metodo adoperato.
 
Avrei provato a replicare il nodo colonna flangiata su plinto proposto da Betoniera, con un altro software.
Se interessa, mi garberebbe sentire le vostre opinioni. Penso che si dovrebbe vedere al link sotto il metodo adoperato.
Ho visto il video, molto interessante! Penso che globalmente tu abbia fatto un procedimento corretto ed un'analisi corretta.

MA, visto che hai chiesto qualche opinione/osservazione, cercherò di farne il più possibile: la prima, riguardo ai piatti di rinforzo. Penso che sia ben possibile semplificare la lavorazione, in particolare anziché fare due triangoli + 1 rettangolo fra le ali, in officina dovrebbe essere meglio fare un unico piatto trapezoidale che va da bordo a bordo della piastra, e su questo saldare le nervature. Vedi immagine allegata (estratto quaderni Italsider). La seconda, riguardo alla considerazione della classe del calcestruzzo, che dici che è ininfluente. In realtà, calcestruzzi più performanti hanno una rigidezza maggiore che si dovrebbe riscontrare in un minor impegno dei tirafondi, e questo a regola è osservabile in modellazioni che prendono in conto il calcestruzzo esplicitamente. Questo si vede in realtà anche modificando la lunghezza dei tirafondi: più son corti, più son rigidi e quindi incassano forze più elevate, a parità di tutto il resto. Infine, quando si fa il check delle tensioni di contatto, bisogna sempre ricordare che per carichi localizzati in base all'EN 1992-1 §6.7 (pressioni localizzate) è sempre possibile spingersi un po' più in là della semplice fcd. IdeaStatica non l'ho mai usato direttamente, ma è possibile vedere la rigidezza del calcestruzzo come viene presa in conto dal software: si tratta di un suolo tipo Winkler-Pasternak calato su un sacco di test fatti da loro (IdeaStatica è sviluppato in pratica dal prof. Wald... e la dice lunga).

Per quanto riguarda la verifica/non verifica dei bulloni, occorre anche notare che tale verifica è dipendente dallo stato limite, perché l'EN 1992-4 dà valori diversi ai coefficienti di sicurezza in base agli stati limite, che è una cosa abbastanza unica mi pare. Questo perché in realtà i coefficienti di sicurezza non sono tarati sull'effettiva resistenza, ma più che altro su considerazioni probabilistiche ed al comportamento a rottura che viene desiderato dal normatore. Aggiungo inoltre una considerazione sulla classe di tirafondi utilizzata, la 5.8: in generale io sconsiglierei di usare tale classe perché non ha un limite minimo di allungamento secondo la EN 898-1, vedi questa tabella. Non avendo un limite inferiore, non hai una garanzia sulla duttilità degli stessi tirafondi, che è stabilita dall'EN 1992-4 come almeno del 12% se non ricordo male.
Comunque, non mi torna la verifica dei tirafondi: infatti IdeaStatica ti dice che non vanno bene, ma in realtà penso sia la verifica globale secondo EN 1992-4 che non torna, e non i tirafondi stessi. Infatti (se non mi sbaglio, vista la tarda ora),

fuk/fyk = 500/400 = 1.25
--> Comb. Fondamentale:
Nrd = 581 mm2 * 500 MPa / (1.2*1.25) = 193.67 kN > 168 kN

questo significa che in realtà la rottura è lato calcestruzzo, e probabilmente se fosse possibile attraverso IdeaStatica vedere quale è il criterio di rottura, forse si può validare tutto semplicemente aggiungendo armatura dedicata.

----------------------------
Chiosa finale: trovo che IdeaStatica, pur non avendolo mai usato direttamente ma avendone osservato solo le potenzialità (e chi c'è dietro), sia un software eccezionale, e si vede soprattutto dal supporto che viene dato: ad esempio, https://www.ideastatica.com/support-center-all/all?label=concrete_block

NodoBase4p.PNG
 
Ciao quattropassi:
Ho visto il filmato: Chapeau
Personalmente ritengo che i metodi di calcolo classici (sigma parellelo, sigma ortogonale, tau parallelo, tau ortogonale), siano superati e, in caso di nodo complesso, impossibili da usare.
Idea Statica rappresenta, a mio avviso, il modo corretto di calcolare i nodi di carpenteria perchè
- e' generico: si può modellare qualsiasi nodo di carpenteria.
- consente di valutare la distribuzione delle tensioni sulle piastre senza dover ipotizzare piastra rigida o piastra flessibile: la rigidezza della piastra è quello che è e il software deve dare le tensioni.
- consente di valutare fenomeni di instabilità locali: grande cosa che altri software non sanno fare.
Poi si può entrare nel dettaglio, ma il metodo di calcolo è quello.
Già lo avevo notato quel software e mi dispiace di non averlo approfondito adeguatamente. Non si può fare tutto nella vita.
Il programma Modest, che io uso, ha un collegamento diretto con Idea Statica per la verifica dei nodi e questo la dice lunga sulla qualità di quel software.
Relativamente alla resistenza del calcestruzzo occorre considerare che la pressione della piastra di base è localizzata, pertanto la resistenza è molto più alta di quella con pressione diffusa.
Un esempio di Gelfi sul calcolo della piastra di base secondo EC3 Appendice L mostra come calcolare questo incremento di resistenza: ecco un esempio di calcolo.

ResistenzaCls.jpg

Come si vede il cls passa da una resistenza di 200 kg/cm a 340 (227, invece, è la resistenza della malta)
Comunque: ottimo approfondimento
Ciao
 
Top