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--- wikitelaio2016:lez19 [2016/05/30 16:00] – [Link di $F$ ed $M$ risultanti, $RBE3$] 166046
+++ wikitelaio2016:lez19 [2016/09/07 14:53] (versione attuale) – [Servolink, $RBE2$ e $RBE3$] 202640
@@ Linea 1: / Linea 1: @@
+====== Servolink, $RBE2$ e $RBE3$ ======
+Servolink, $RBE2$ e $RBE3$ da {{:wikipaom2016:dispensa_progettazione_assistita.pdf|Dispensa prog. assistita aggiornata a data odierna}}
+=== Modellazione con $RBE2$ ed $RBE3$===
+A seconda degli elementi utilizzati nel FEM si riscontrano comportamenti diversi rispetto all'applicazione di carichi concentrati.
+Ad esempio modellando una trave a sbalzo mediante elementi solidi $3D$ ed applicando al suo estremo libero una forza concentrata $F$ lo spostamento risultante $\delta$ risulta divergente all'infittirsi della mesh. Ciò accade in quanto il software va a spalmare la forza $F$ sull'area d'influenza del nodo su cui è applicata, che è funzione della taglia dell'elemento (se cala la taglia dell'elemento, cala l'area d'influenza).
+{{:wikitelaio2016:img_5888.jpg?200|}}
+Utilizzando un elemento trave in un problema analogo e applicando la stessa $F$ al suo estremo libero, all'infittirsi della mesh non si riscontra lo stesso problema (l'elemento beam può sopportare carichi concentrati).
+Utilizzando un $RBE2$ o un $RBE3$ è possibile applicare carichi concentrati alla struttura come mostrato in figura.
+{{:wikitelaio2016:img_5889.jpg?200|}}
+Problematiche legate all'utilizzo dell'$RBE2$:
+Le figure mostrano come l'impiego di un $RBE2$ su porzioni di struttura troppo estese irrigidisca ulteriormente la stessa.
+{{:wikitelaio2016:img_5890.jpg?200|}}  {{:wikitelaio2016:img_5891.jpg?200|}}
+{{:wikitelaio2016:img_5892.jpg?200|}}  {{:wikitelaio2016:img_5893.jpg?200|}}
+== Impiego dell'$RBE3$ ==
+Utilizzando l'$RBE3$ non si hanno problemi di irrigidimento della struttura dal momento che esso è un vincolo cinematico e non di corpo rigido. L'$RBE3$ può essere utilizzato per:
+  * spalmare carichi/coppie
+  * spalmare spostamenti/rotazioni
+== Definizione di vincolo cinematico ==
+  * SPC - single point constraint
+  * MPC - multi point constraint -> con questa versione è possibile vincolare più gradi di libertà
+== Esempio di MPC ==
+{{:wikitelaio2016:img_5894.jpg?200|}}
+Lo spostamento lungo la direzione z del nodo 5 diventa combinazione lineare degli spostamenti degli altri nodi, in particolare se il nodo 5 coincide con il baricentro della faccia segue l'andamento delle funzioni di forma.
+=== Servo link, forma semplificata omogenea ===
+Sia dato un sistema di n gradi di libertà (g.d.l) $\delta _{i}$, e siano definite n componenti di azione esterna $F_{i}$ agenti (compienti lavoro) su tali g.d.l., e sia definito un sistema di reazioni elastiche associate allo scostamento di tali g.d.l. dal valore nullo nella forma $-k_{ij}\delta_{j}$, ovvero la struttura sottoposta agli spostamenti $\delta_{i}$ genera una reazione elastica $-k\delta_{i}$ che viene equilibrata dalle forze esterne.
+ (8) {{:wikitelaio2016:8.jpg?100|}}
+Si intende definire una relazione cinematica di dipendenza tra un g.d.l, nello
+specico $\delta_{j}$ , ed i restanti $\delta_{i}$; $i\neq j$, nella forma
+ (9) {{:wikitelaio2016:9.jpg?100|}}
+Tale relazione cinematica imposta è chiamata servo-link o multi-point constraint (MPC).
+Da questa relazione è possibile definire una simil matrice di "cambio coordinate", dove il gdl $\delta_{j}$ è dipendente dagli altri $\delta_{i}, i\neq j$
+ (10) {{:wikitelaio2016:10.jpg?300|}}
+E' ora possibile definire una nuova relazione di equilibrio elastico
+(12){{:wikitelaio2016:12.jpg?100|}}
+che risulta essere però sovradimensionata: $n$ equazioni in $n-1$ incognite.
+Per risolvere questo problema si interpretano le colonne di $\underline{\underline{L}}_{CG}$ come la base di un sottospazio vettoriale entro il quale è vincolata a giacere la soluzione. Definito questo proietto su tale sottospazio il residuo del sistema imponendo nulla la sua proiezione
+(13){{:wikitelaio2016:13.jpg?200|}}
+ora il sistema non è più sovradimensionato
+(14){{:wikitelaio2016:14.jpg?200|}}
+Analisi del termine $\underline{\underline{L^{T}}}$
+(16){{:wikitelaio2016:16.jpg?200|}}
+dove $\underline{\alpha}$ è un vettore che raccoglie i coefficienti del vincolo cinematico
+La quota di azione esterna originariamente agente sul $j$-esimo g.d.l., ora reso dipendente e rimosso dal sistema, si ripartisce sugli altri g.d.l. secondo gli stessi coefficienti $i,j$ che definiscono il legame cinematico.
+Il vincolo cinematico induce delle reazioni vincolari che compiono lavoro (interno) nullo e sono nella forma
+ (18){{:wikitelaio2016:18.jpg?300|}}
+con $\lambda$ arbitrario
+Riassumendo: con MPC si riescono a spalmare sforzi normali. Per distribuire $M_{f}, T$ ed $M_{t}$ si utilizza l'$RBE3$
+==== Link di $F$ ed $M$ risultanti, $RBE3$ ====
+ figura
+L'intento è quello di ridistribuire le forze ed i momenti applicati in $C$ sulla nuvola di punti $P_{i}$. Ad ogni $P_{i}$ è associato un peso $q_{i}$, a seconda della taglia della mesh (questo implicherà ripartizione non uniforme delle forze)
+=== Come procedere ===
+== parte 1, collegamento tra $C$ e $G$ tramite $RBE2$ ==
+  * Estrarre $G$ dalla distribuzione di nodi $P_{i}$
+  * Supporre $x,y,z$ assi principali di inerzia
+  * A partire da spostamenti e rotazioni note di $C$, ricavare corrispondenti spostamenti e rotazioni di $G$ tramite link rigido $RBE2$
+Si ottiene:
+(20){{:wikitelaio2016:20.jpg|}}
+Caratteristiche di $\underline{\underline{L_{CG}}}$:
+  * matrice $RBE2$: $G$ è il nodo comandato, $C$ è il nodo di controllo
+  * le righe sono i servolink di $RBE2$, valide in piccole rotazioni
+  * stabilisce vincolo cinematico, lega infatti spostamenti di $C$ e $G$
+  * determina anche relazione tra forze/coppie applicate in $C$ riportate poi in $G$ (sotto le hp. di stesso lavoro compiuto avviene ripartizione di $F$ ed $M$ a $C$ a $G$)
+(21){{:wikitelaio2016:21.jpg?300|}}
+== Parte 2, passaggio da $G$ ai $P_{i}$ tramite $RBE3$ ==
+Si definisce una seconda relazione dove gli spostamenti di $G$ risultano la media pesata degli spostamenti dei punti $P_{i}$
+(23){{:wikitelaio2016:23.jpg?300|}}
+e, successivamente, un'ulteriore relazione di dipendenza per riportare le forze $F$ applicate in $C$ sui nodi $P_{i}$
+(24){{:undefined:24.jpg?300|}}
+E' necessario imporre una seconda relazione che collega lo spostamento (forze) di $G$ con la distribuzione dei punti $P_{i}$, nelle hp. che il baricentro su indeformata rimanga tale su deformata. Si partirà da $G$ per "spalmare" sui nodi.
+Problema nel secondo step per passaggio dei momenti: le operazioni di trasferimento forze sono su base lavoro (forza $*$ spostamento). Sui momenti sarà quindi necessario ragionare in termini di coppia $*$ rotazione; ciò implica che i nodi $P_{i}$ debbano avere rotazioni libere => non vale in generale per qualsiasi tipologia di elemento mesh, non tutti hanno rotazioni. A tal proposito le coppie si trasferiranno considerando un sistema equivalente di forze (sfruttando i teoremi del trasporto) riconducendosi così al caso già visto di spalmatura di forze.
+${U}''$ = componente di forza lungo $x$ su nodo $i$ dovuta a momento applicato in $G$
+{{:wikitelaio2016:schema_momenti_distr.png?200|}} = schema distribuzione momento di asse $z$ applicato in $G$ $\psi_{G}\hat{k}$
+Procedure per determinazione vettore forza equivalente in $P_{i}$ da momento in $G$
+  -  direzione: ortogonale a congiungente $G-P_{i}$, vettore applicato in $P_{i}$
+  -  verso: concorde con coppia in $G$
+  -  modulo: forze proporzionali a pesi $q_{i}$ e distanza $r_{zi}$ da $G$ su piano xy in figura
+{{:wikitelaio2016:distanza_xy.png?375|}} -  definizione distanza $r_{zi}$
+Per ottenere una definizione in termini assoluti: imporre equivalenza tra il momento della distribuzione dei nodi $P_{i}$ uguale a momento complessivo in $G$: $\psi_{G}\hat{k}$
+{{:wikitelaio2016:forza_su_nodo.pn$g?100|}}= forza su nodo $i$-esimo dovuta a coppia $\psi_{G}\hat{k}$ (di asse $z$ e applicata in $G$)
+Si giunge quindi a
+(30) {{:wikitelaio2016:30.jpg?300|}}
+quindi note le forze al baricentro, moltiplicando per la matrice $\underline{\underline{L^{T}_{GP,i}}}$,posso spalmare forze e coppie sulla nuvola di punti $P_{i}$. per risalire agli spostamenti di $G$ in funzione degli spostamenti dei punti $P_{i}$, si va a moltiplicare $\underline{\underline{L_{GP}}}$ (definita a blocchi) per il vettore spostamneto di ogni singolo punto della nuvola
+(33) -> trasformazione per tornare agli spostamenti {{:wikitelaio2016:33.jpg?300|}}
+per comprendere meglio come risalire agli spostamenti del baricentro, si può ragionare per via grafica.
+vado a scomporre gli spostamenti come tre contributi: un moto traslatorio, uno rotatorio attorno a $G$, e una terza componente aggiuntiva che rappresenta la deformazione del corpo in esame (N.B. questo moto deformativo non sarebbe presente se il vincolo fosse un $RBE2$, in quanto impone rigidità tra i due punti).
+Cinematica $RBE3$
+{{ :wikipaom2015:cinematica_rbe3.png?300 |}}
+nota la connessione rigida tra $C$ e $G$ è possibile risalire agli spostamenti di $C$, avendo scomposto gli spostamenti degli altri nodi.
+ad ogni modo è possibile vedere la scomposizione dei singoli spostamenti mediante la proiezione del moto dei punti della distribuzione su di un moto elementare (sotto riportata traslazione lungo $x$ e rotazione attorno a $z$ a titolo di esempio).).
+formula (34) {{:wikitelaio2016:34.jpg?300|}}
+formula (35){{:wikitelaio2016:35.jpg?300|}}
+come esempio applicativo si puo modellare al FEM una lastra forata caricata fuoripiano lungo il bordo del foro: impiegando l'$RBE2$ per spalmare il carico, si denotano spostamenti omogenei lungo il perimetro del foro e una distribuzione di reazioni disomogenea, non congruente con la realtà. utilizzando $RBE3$ la modellazione risulta più realistica avendo delle reazioni omogenee lungo il perimetro del foro e spostamenti minori nelle zone più rigide. in questo modo si evince che utilizzando un $RBE2$ si è introdotta rigidezza alla struttura.
+{{:wikitelaio2016:rbe2vsrbe3_1_.jpg|}}
+{{:wikitelaio2016:rbe2vsrbe3_2_.jpg|}}
+Autori:
+  * Gianluca Bafaro mat. 97512
+  * Lorenzo Degli Esposti
+  * Antonio Montagnani
+  * Francesco Ambrogi