Studio
CONSOLARO
Analisi Strutturale FEM
La tecnica degli Elementi Finiti, nota anche con l’acronimo FEM (Finite Element Method) si è affermata storicamente per lo studio dei fenomeni strutturali legati alla rigidezza, alla resistenza ed alla stabilità elastica dei corpi.
Lo Studio Consolaro, forte di un esperienza pluriennale, maturata in ambiti multidisciplinari, si pone come punto di riferimento per la consulenza relativa all'analisi strutturale, prevalentemente in ambito civile.
Modellazione FEM
L’analisi con il metodo degli elementi finiti (FEM = Finite Element Method) prevede la modellazione di prodotti e sistemi in un ambiente virtuale allo scopo di individuare e risolvere problemi prestazionali e strutturali, attraverso l’utilizzo di un software.
L’analisi FEM permette di modellare matematicamente e risolvere numericamente problemi complessi di natura strutturale, fluida e multifisica.
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ANALISI STRUTTURALE
Un modello agli elementi finiti è costituito da un sistema di punti, detti "nodi", che definiscono la forma del modello. Questi nodi sono collegati tra di loro attraverso gli elementi finiti, celle di forma predefinita che formano la mesh (maglia). Agli elementi vengono associate le proprietà dei materiali e le caratteristiche geometriche strutturali del modello. I modelli FEM possono essere creati usando elementi di vario tipo: monodimensionali (travi 1D), bidimensionali (shell 2D) o tridimensionali (solidi 3D).
Definita la mesh e le caratteristiche elastiche del sistema, è possibile simulare le condizioni di lavoro reale, applicando varie condizioni di carico e vincolo al modello, tra cui:
- Carichi puntuali (forze, momenti, spostamenti, velocità, flussi)
- Carichi distribuiti (pressione, temperatura e flusso termico)
- Carichi inerziali (accelerazione statica e angolare, velocità)
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PRINCIPALI SOFTWARE UTILIZZATI
Pro_Sap
PROfessional Structural Analysis Program
PCM
Progettazione di costruzioni in muratura
IDEA Connection
Calcolo di nodi in acciaio
Valutazioni preliminari
Definizione del problema: è buona norma impostare il problema prima ancora d’avviare il software, definendone in modo chiaro i parametri come ad esempio: tipo ed entità di carichi e vincoli; tipo e parametri dei materiali in gioco; numero delle combinazioni di carico; tipo di calcolo.
Impostazione delle unità di misura: La scelta delle unità di misura è spesso fonte di dubbi ed errori, soprattutto nell’impiego di codici di calcolo di fascia alta che tendenzialmente sono “unit-less”. Fondamentale è la scelta del set di unità di misura prima di iniziare a modellare; i set coerenti di unità di misura più diffusi sono:m-N-kg;mm-N-ton.
Semplificazione della geometria: La complessità della geometria è proporzionale alla quantità di memoria necessaria per svolgere la simulazione; per un corretto impiego delle risorse hardware è fondamentale semplificare i componenti da simulare eliminando tutti i dettagli strutturalmente irrilevanti.
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Sviluppo
Scelta del tipo di analisi: La maggior parte delle simulazioni svolte normalmente sono di tipo elastico – lineare; sebbene si ritenga questo tipo di calcolo adeguato a tutti i contesti va ricordato che se il comportamento meccanico dei materiali si allontana dalla linearità si dovrebbero impiegare analisi di tipo non lineare, si pensi ad esempio ai polimeri.
Interpretazione di eventuali messaggi di errore: Il messaggio di errore è uno strumento fondamentale per la buona modellazione Fem; la segnalazione di errori e warning viene di norma interpretata come una scocciatura o come un ostacolo al normale svolgimento del lavoro, invece rappresenta una risorsa utile al tecnico analista che deve imparare a interpretare al meglio tali messaggi.
Osservazione critica dei risultati: Il metodo degli elementi finiti è un metodo approssimato. Il risultato contiene sempre una approssimazione, l’entità della quale fa la differenza tra un software di fascia alta o bassa, tra un utente esperto o uno meno esperto.
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Analisi
Analisi comparativa dei risultati: Per avere un riferimento è sempre utile eseguire semplici calcoli manuali che permettano di valutare l’ordine di grandezza dei risultati per capire se il calcolo FEM è affetto da macro errori (errori di modellazione).
Analisi di sensitività: L’approssimazione del risultato è funzione della dimensione degli elementi finiti utilizzati; per comprendere se la finitura della mesh (l’insieme di nodi ed elementi) è sufficiente o meno è buona regola eseguire una serie di simulazioni cambiando la dimensione degli elementi, per stimare la variabilità percentuale dei risultati in funzione della dimensione elemento; un buon modello presenterà una bassa variabilità percentuale dei risultati.
Impiego dei risultati per la valutazione dei coefficienti di sicurezza: Spesso il coefficiente di sicurezza viene calcolato come rapporto tra sforzo ammissibile e massimo sforzo calcolato; questa logica risulta troppo stringente soprattutto quando le geometrie da simulare, benché semplificate, restano complesse. La valutazione del coefficiente di sicurezza è spesso una attività più impegnativa di quanto si possa immaginare (legata a normative).
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Dicono di Noi
La consulenza dell'Ing. Consolaro per il PalaLeonessa (BS) è stata fondamentale. Ha provveduto alla modellazione FEM in maniera autonoma, permettendoci un totale controllo dell'analisi strutturale, lavorando in sinergia con il nostro team.
Arch. Ing. Eliseo PapaItal-Engineering
La consulenza dell'Ing. Consolaro per il PalaLeonessa (BS) è stata fondamentale. Ha provveduto alla modellazione FEM in maniera autonoma, permettendoci un totale controllo dell'analisi strutturale, lavorando in sinergia con il nostro team.
Arch. Ing. Eliseo PapaItal-Engineering