Superelementi condensati - invisibili ma essenziali

Fino al rilascio della versione 21, non esistevano molti modi per modellare i collegamenti tra elementi in acciaio in modo più realistico rispetto all'applicazione IDEA StatiCa. Tuttavia, si verificavano situazioni in cui i valori di tensione ai bordi erano imprecisi e non corrispondevano al comportamento reale degli elementi in acciaio. Non era facile trovare il modo corretto per concentrarsi sulla progettazione del collegamento, risolvere solo l'area vicina al nodo strutturale e allo stesso tempo tenere conto del comportamento del resto degli elementi collegati. 

Ma il team di sviluppo è riuscito a trovare la soluzione. Hanno ampliato notevolmente il modello aggiungendo parti di elementi non visibili ma essenziali per l'intero modello. Queste parti sono chiamate superelementi condensati e svolgono tutto il lavoro necessario per migliorare il comportamento. 

Questa modifica garantisce che le estremità degli elementi visibili nella scena del modello non siano affatto le estremità reali. Nelle versioni precedenti, le sezioni terminali erano vincolate nel loro piano e spesso si potevano sviluppare picchi di tensione non realistici. Ora possono deplanare – possono deformarsi non solo nel piano della sezione trasversale, ma anche perpendicolarmente a esso.

In particolare per i collegamenti con sezioni cave, i risultati mostrano una migliore conformità con i test sperimentali e le formulazioni delle norme di progettazione.

D'altra parte, questa modifica implica anche che i picchi di tensione originariamente localizzati nelle sezioni terminali possono e si sposteranno più vicino al nodo di collegamento. In alcuni casi, gli elementi del collegamento possono essere soggetti a forze maggiori nell'era dei "superelementi condensati". 

Tre vantaggi per te

Questo miglioramento porta anche effetti collaterali molto convenienti – i tronconi corti degli elementi simulati con elementi shell possono ora essere più corti. I principali vantaggi di questa modifica sono:  

• Tempi di calcolo mediamente più veloci del 30%  
• Visualizzazione più rapida dei risultati 
• Modellazione più accurata dei collegamenti con sezioni cave  

Altre importanti nuove funzionalità e miglioramenti introdotti nella versione 21 sono specificati nelle nostre dettagliate Note di rilascio.

Nuove lunghezze degli elementi

I nostri utenti sono abituati alle lunghezze predefinite degli elementi nel modello di progettazione del collegamento. Queste dipendevano dal tipo di sezione trasversale (cava / aperta).

Ora la lunghezza predefinita è impostata allo stesso valore di 1,25 x la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale per entrambi i tipi. La lunghezza dei superelementi condensati è 4 x la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale per l'analisi tensione-deformazione standard. Poiché volevamo mantenere le forme dei modi di instabilità all'interno delle piastre interne del collegamento e non negli elementi, la lunghezza dei superelementi per l'analisi lineare di instabilità e di rigidezza è impostata a 0,5 x la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale.

Sebbene queste modifiche siano state originariamente apportate per migliorare i collegamenti con sezioni cave, hanno contribuito anche ad avvicinare altri tipi di collegamenti al comportamento reale.

Potreste chiedervi quali siano le principali conseguenze. Senza dubbio, si verificheranno alcune variazioni nei risultati tra le versioni. Nella grande maggioranza dei collegamenti, le differenze nei risultati sono inferiori all'1%. 

I casi con differenze maggiori mettono in evidenza il tema in cui la pratica si scontra con la teoria. Questo tema è legato agli effetti torsionali sui profili a sezione aperta. Per diversi motivi questi effetti vengono trascurati dagli ingegneri strutturali e non sono incorporati nelle applicazioni di analisi globale agli elementi finiti. 

Effetti torsionali

Non è scienza missilistica, ma non deve essere ovvio nemmeno. Quindi, introduciamo un po' di teoria:

A seconda del tipo di sezione trasversale aperta, delle condizioni al contorno dell'elemento e del tipo di carico, possono verificarsi due tipi di comportamento torsionale, considerando l'ipotesi di Vlasov: 

• Torsione pura (di St. Venant) 
• Torsione mista combinazione di torsione pura e torsione da ingobbamento
  • la torsione pura è caratterizzata dalla forza interna T_t (momento di torsione pura) con la risultante tensione tangenziale di torsione pura τ_t 
  • la torsione da ingobbamento è caratterizzata dalle forze interne B (bimomento) e T_w (momento di torsione da ingobbamento) con la risultante tensione normale di ingobbamento (longitudinale) σ_w e la tensione tangenziale di torsione da ingobbamento τ_w

In IDEA StatiCa Connection versione 21.0, l'ingobbamento era vincolato dai vincoli multipunto che collegano il nodo con l'estremità della trave. Questi vincoli vengono utilizzati per applicare i carichi al modello. Il nuovo superelemento condensato sposta i vincoli più lontano e l'elemento è in grado di deformarsi. Ciò comporta un bimomento maggiore nel collegamento. 

Di seguito sono riportati alcuni esempi di collegamento in cui queste modifiche hanno prodotto risultati significativamente diversi: 

Il troncone corto di trave sotto torsione

Collegamento trave-trave con piastra d'estremità su un lato

Collegamento trave-colonna

Quando si affrontano tali casi, soprattutto se si confrontano i risultati tra versioni diverse, è opportuno tenere presente che i modelli di calcolo non sono gli stessi. Gli elementi sono più lunghi e la rigidezza del collegamento è minore. Pertanto, le differenze nei risultati possono essere prevedibili in alcuni elementi del collegamento.

Tuttavia, esistono sempre alcune opzioni da verificare per evitare risultati errati. Dalla versione 21 in poi, è più importante che mai utilizzare la funzione "Carichi in equilibrio". 

Spesso si potrebbe voler verificare il modello di collegamento creato nella versione precedente con la versione più recente. In tal caso, non bisogna dimenticare di impostare i parametri nella configurazione normativa ai nuovi valori predefiniti, per non mescolare cose diverse.

Tuttavia, se si vuole essere certi al 100% che la propria applicazione IDEA StatiCa versione 21.0 lavori con i dati migliori possibili, è consigliabile modellare l'intero modello di calcolo nella versione 21 da zero.

Se si è interessati al background teorico dei miglioramenti introdotti nella versione 21, è possibile trovare informazioni molto utili e accuratamente preparate dai nostri specialisti in questo articolo della knowledge base.