Giunto a T tra due tubi a sezione circolare

Partendo da questo modello discretizzato tramite elementi quadrilateri a quattro nodi: Giunto a T, inizio lezione

si procede a completare la struttura sfruttando i piani di simmetria da definire. Individuato l'origine del sistema di riferimento:

mesh generation –> points add : (0,0,0).

Determinato il centro del sistema di riferimento si procede a definire un piano di simmetria normale all'asse X:

mesh generation –> simmetry –> simmetry plane –> point (0,0,0) , normal (1,0,0) –> elements –> all exist.

Si procede analogamente alla definizione di un piano di simmetria normale all'asse y:

mesh generation –> simmetry –> simmetry plane –> point (0,0,0) , normal (0,1,0) –> elements –> all exist.

Bisogna tener presente che il cordone di saldatura non è presente nel modello ma è impostata la continuità degli spostamenti e delle rotazioni tra i due cilindri in quanto le saldature risultano di difficile modellazione. Successivamente si duplica il nodo a centro faccia attraverso i seguenti comandi:

mesh generation –> simmetry –> point (0,0,0) , normal (1,0,0) –> nodes –> seleziono il nodo (0,0,0).

Si procede ad ottimizzare il modello effettuando il “collasso” nodale tramite il comando sweep lasciando, per il momento, la tolleranza di default.

mesh generation –> sweep –> nodes –> all exist.

Si eliminano così eventuali nodi duplicati, nel caso in esame risultano 368 nodi.

Si definiscono le proprietà geometriche della struttura:

geometric properties –> new –> structural 3D –> shell –> name: guscio_3mm_offsettato.

Successivamente si imposta lo spessore di 3 mm, estendendolo a tutti gli elementi attraverso:

properties –> thickness –> elements –> add –> all exist.

Tuttavia gli elementi non vengono visualizzati con il loro spessore, che per essere visualizzato occorre selezionare:

plot –> shell –> plot expanded –> plot offsets –> regen –> ID backfaces

Il comando “plot expanded” permette di visualizzare le proprietà geometriche quali spessore, offset ecc.. Il comando “plot offsets” si limita a visualizzare gli offset. Col comando “offset” otteniamo lo spostamento del materiale rispetto alla superficie discretizzata (inizialmente il piano medio giace su di essa), in particolare “offsettiamo” il materiale in modo che la superficie esterna geometrica giaccia sulla superficie discretizzata.

Si definiscono le proprietà del materiale tramite:

material properties –> new –> standard –> structural .

Si assegna tale proprietà a tutti gli elementi.

Si imposta un foglio di calcolo per determinare il modulo di resistenza a flessione: modulo_di_resistenza.ods.

Definiamo i terminali della struttura e i momenti come segue:

Procediamo imponendo gli RBE2'S ai terminali A, B e C chiamandoli rispettivamente RBE2_termA, RBE2_termB, RBE2_termC. Considerando come nodi di riferimento (“Retained nodes”) quelli al centro delle facce dei terminali e come nodi “tied” quelli sulla faccia esterna, avendo cura di non includere quello di riferimento.

links –> RBE2'S –> new –> ...

Selezioniamo tutti i DOF per rimuovere i g.d.l.

A questo punto associamo agli RBE2's una denominazione differente da quella impostata dal software, in quanto solo temporanea, in modo da poterli richiamare nelle boundary conditions.

boundary conditions –> select –> nodes –> store –> “controllo_term_ABC”

Per posizionare il corpo nello spazio imponiamo un vincolo di incastro sul terminale C:

boundary conditions –> new –> structural –> fixed displacement –> nodes –> add –> set –> control_term_C.

Imponiamo i momenti flettenti sui terminali A e B impostiamo il valore numerico pari al modulo di resistenza a flessione precedentemente calcolato al fine di avere tensione nominale unitaria:

boundary conditions –> new –> structural –> point load –> name: carico_terminaleA –> moment y (negativo) –> node –> add –> set –> “control_term_A”

Analogamente applichiamo lo stesso carico al terminale B ma avendo verso uscente dal piano si imposta positivo. Avendo definito le proprietà geometriche, del materiale e le condizioni al contorno della struttura si procede a definire i parametri di analisi selezionando le condizioni iniziali di carico e di vincolo e i risultati che voglio ottenere dalla simulazione.

jobs –> new –> structural –> properties –> initial load

si selezionano il carico “carico_termA”, “carico_termB” e il vincolo tramite incastro.

Una volta definiti quali sono i carichi da considerare è necessario definire quali sono le grandezze che si vogliono studiare a fine simulazione:

properties –> job results

selezioniamo Equivalent Von Mises Stress, Stress, Tying Moment, Tying Force, Displacement, Rotation, External Force, External Moment, Reaction Force.

Lanciamo il calcolo e visualizziamo i risultati.

Osservando più in dettaglio i risultati, si nota un distacco di materiale nella zona di collegamento tra i tubi, dovuto ad un errore nel modello, nel quale le tensioni di Von Mises localizzate in tale zona sono troppo elevate.

Il problema è dovuto ad un'errata scelta delle tolleranze nel collasso nodale, effettuato precedentemente. Rieseguiamo lo sweep, impostando però la tolleranza a 0.01, e applichiamo a tutti i nodi.

Fatto ciò, riavviamo il calcolo, e osserviamo i risultati.

Si può notare che adesso la continuità delle tensioni è rispettata, e il risultato ha un buon riscontro fisico.

Dalla deformata è evidente un problema legato all'RBE2: in particolare le tensioni nei terminali sono più elevate, poiché il vincolamento imposto dall'RBE2 tende a caricare maggiormente gli elementi corrispondenti a nodi “tied”.

Brigantino Matteo, Capoccia Gabriele, Cogotzi Daniele, Pinci Giorgio.

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