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wikitelaio2016:maxima_maglia_triangolare

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Linea 1: Linea 1:
 +
 +====== Maglia Triangolare ======
 +
 +La maglia triangolare è l’elemento base di molti telai ed è una struttura costituita da 3 tratti di trave collegati in diverse maniere, generalmente tramite giunzioni saldate.
 +
 +La struttura reticolare viene calcolata supponendo le giunzioni come delle cerniere che non trasmettono momento flettente (supposizione fatta anche nella realtà).
 +
 +Una struttura è completamente triangolata se, sostituendo ai 3 vertici saldati delle cerniere, non ha moti cinematici interni, in altri termini la struttura resta isostatica e non diventa labile.
 +
 +<figure sostituzione>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_sostituzione.jpg?700 |}}
 +<caption> Esempio di sostituzione di saldature con cerniere </caption>
 +</figure>
 +
 +Un esempio di maglia non completamente triangolata è la maglia quadrata.
 +
 +<figure maglia_quadrata>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_maglia_quadrata.png?200 |}}
 +<caption> Maglia quadrata </caption>
 +</figure>
 +
 +Di seguito sarà analizzata una struttura triangolata sottoposta ad un generico carico P e si verificherà l'incidenza del momento flettente se questo non viene trascurato.
 +
 +Si consideri una struttura triangolata tre volte iperstatica.
 +
 +Si sostituiscono utilizzando delle cerniere gli incastri interni dei nodi e si aggiungono in ogni nodo delle coppie che tendono ad ampliare gli angoli della struttura: in tal modo risulta una struttura staticamente determinata con le tre coppie $Ca$, $Cb$ e $Co$ (Fig.3)
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_coppie_2_.png?200 |}}
 +<caption> Coppie di reazione iperstatica interna </caption>
 +</figure>
 +
 +Adesso bisogna analizzare le reazioni che vengono a crearsi sulla struttura triangolare, sia sui nodi che sulle aste, quando agisce un generico carico $P$.
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_maglia_triangolare_1.png?200 |}}
 +<caption></caption>
 +</figure>
 +
 +Si analizzi innanzitutto il carico $P$.
 +Si osserva che i diagrammi di momento flettente e taglio sono nulli, per cui è d’uopo tracciare solo il diagramma dello sforzo normale.
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_diagrammip.png?700|}}
 +<caption> Diagrammi delle sollecitazioni dovute alla forza P </caption>
 +</figure>
 +
 +Si consideri la coppia $C_B$:
 +tale coppia esterna deve essere equilibrata da un’ altra coppia di uguale modulo e sullo stesso tratto di trave.
 +
 +
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_diagrammicb.png?700|}}
 +</figure>
 +
 +Si consideri, successivamente, la coppia $C_A$:
 +
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_diagrammica.png?700|}}
 +</figure>
 +
 +Ed infine, si consideri la coppia $C_O$:
 +
 +<figure coppie>
 +{{:wikitelaio2016:lez2a_diagrammico.png?700|}}
 +</figure>
 +
 +Per i diagrammi del momento flettente della tre coppie si sono fissate delle ascisse curvilinee, una per ogni tratto.
 +
 +Si imposta suddetta maglia triangolare sul calcolatore **wxMaxima** tramite il codice seguente.
 +
 +Pulisco la memoria
 +<code>
 +-->  kill(all);
 +</code>
 +
 + Definisco positive le quantità note tali:
 +<code>
 +-->  assume (a>0, b>0, l>0);
 +</code>
 +
 + Definisco grandezze ausiliarie (lunghezze dei tratti):
 +<code>
 +-->  l : sqrt( a^2 + b^2);
 +-->  l_OA : a;
 +     l_OB : b;
 +     l_AB : l;
 +</code>
 +
 +Definisco funzioni di forma associate al primo e al secondo nodo di ogni trave:\\
 +xi = s/l con s ascisssa curvilinea e l lunghezza di trave\\
 +xi = 0 è un posizionamento sul primo nodo\\
 +xi = 1 è un posizionamento sul secondo nodo\\
 +
 +f(s/l) = f(xi) = f1 * N1(xi) + f2 * N2(xi) è una generica interpolazione lineare
 +<code>
 +-->  N1 : 1 - xi;
 +-->  N2 : xi ;
 +</code>
 +
 +Definisco le caratteristiche di sollecitazione sulle travi:\\ 
 +N = sforzo normale;\\
 +Mf = momento flettente positivo se fibre tese esterne alla maglia, andamenti non costanti funzioni dell' ascissa curvilinea adimensionalizzata xi;\\
 +T = taglio
 +
 +<code>  
 +Contributi di:|------P------|----------CB----------|--------CA--------|----------CO-----------|
 +-->  N_OA :                P                  +CB/b                 +0              -CO/b    $
 +-->  N_OB :            P*b/a                     +0              +CA/a              -CO/a    $
 +-->  N_AB :           -P*l/             -CB*a/l/         -CA*b/a/         +CO*l/a/   $
 +-->  Mf_OA :                                   +0        +0*N1+CA*N2        +CO*N1+0*N2    $
 +-->  Mf_OB :                          +0*N1+CB*N2                 +0        +CO*N1+0*N2    $
 +-->  Mf_AB :                          +0*N1+CB*N2        +CA*N1+0*N2                 +0    $
 +-->  T_OA :                0                     +0              -CA/a              +CO/a    $
 +-->  T_OB :                0                  +CB/b                 +0              -CO/b    $
 +-->  T_AB :                0                  -CB/l              +CA/l                 +0    $
 +</code>
 +I momenti flettenti sono assunti positivi se le fibre tese sono esterne alla maglia.\\
 +Definiamo l' energia potenziale elastica.\\
 +Sezioni circolari (eta è un parametro correttivo, A è l' area , J è il momento di inerzia):
 +<code>
 +-->  sezione : [eta = 1.11 , A = %pi*d^2/4 , J = %pi*d^4/64 ];
 +-->  materiale : [ G = E/2/(1 +nu) ];
 +</code>
 +Calcolo energia potenziale elastica:
 +<code>
 +-->  U : 
 +
 +integrate(
 +    (       N_OA^2/2/E/
 +      +    Mf_OA^2/2/E/
 +      + eta*T_OA^2/2/G/
 +    ) *     l_OA
 + , xi
 + , 0
 + , 1
 +   
 + +
 +integrate(
 +    (       N_OB^2/2/E/
 +      +    Mf_OB^2/2/E/
 +      + eta*T_OB^2/2/G/
 +    ) *     l_OB
 + , xi
 + , 0
 + , 1
 +   
 + +
 +integrate(
 +    (       N_AB^2/2/E/
 +      +    Mf_AB^2/2/E/
 +      + eta*T_AB^2/2/G/
 +    ) *     l_AB
 + , xi
 + , 0
 + , 1
 +   
 + ;
 +-->   U : expand(U);
 +</code>
 +Devo ricavare le tre reazioni incognite CA, CO e CB.
 +
 +Teorema di Castigliano:\\
 +diff( U , CA ) = rotazione su cui CA compie lavoro, l' angolo di apertura della cerniera in A come variazione rispetto all'indeformata.\\
 +Tale rotazione deve essere nulla per coerenza con il vincolo interno originario (continuità, rotazioni e traslazioni al nodo).
 +
 +Imposto un sistema di 3 equazioni nelle 3 incognite sopradefinite:
 +<code>
 +-->  sol_iper : linsolve(
 +[
 +  diff(U,CA) = 0,
 +  diff(U,CB) = 0,
 +  diff(U,CO) = 0
 +
 +,
 +[CA, CB, CO]
 +) $
 +</code>
 +Soluzione del problema con cerniere (sistema isostatico):
 +<code>
 +-->  sol_iso : [ CA=0, CB=0, CO=0 ];
 +</code>
 +Espressione energia potenziale elastica con cerniere:
 +<code> 
 +-->  U_iso : ev( U, sol_iso, infeval);
 +</code>
 +Espressione energia potenziale elastica con incastri interni (sistema iperstatico):
 +<code>
 +-->  U_ipe : ev (U, sol_iper, infeval);
 +</code>
 +Ricavo cedimento maglia triangolare, iso e iperstatico:
 +<code>
 +-->  delta_iso : diff ( U_iso, P);
 +-->  delta_ipe : diff ( U_ipe, P);
 +</code>
 +Definisco il rapporto tra le rigidezze dei due casi:
 +ratio = rigidezza_iso / rigidezza_iper , <1
 +<code>
 +-->  ratio : delta_ipe / delta_iso;
 +</code>
 +Poiché le espressioni risultano essere troppo lunghe per essere visualizzate, tento la valutazione di un caso specifico, assegnando i seguenti valori:
 +<code>
 +-->  myratio : ev( ratio,
 +              b = a * 1 ,
 +              sezione , 
 +              materiale , 
 +              nu=3/10 , 
 +              d = a * zeta,
 +              infeval 
 +             ) ;
 +</code>
 +Definisco:\\
 +zeta = d/a     (d = diametro)\\
 +trave sottile se zeta <<1\\
 +trave tozza se zeta prossimo a 1
 +<code>
 +-->  ev(myratio, zeta = 1/10, numer, infeval);
 +</code>
 +A questo punto viene costruito un grafico rappresentante l'andamento di "myratio" al variare del rapporto "zeta":
 +<code>
 +-->  wxplot2d (
 +          [ myratio ],
 +          [ zeta, 0.001, 1],
 +          [legend, "myratio"]
 +         );
 +</code>
 +
 +{{ :wikitelaio2016:lez2a_myratio.png?400|}}
 +Com'è possibile notare dal grafico, per rapporti zeta prossimi a zero il rapporto tra le rigidezze è molto vicino ad 1. Questo significa che per travi molto snelle è possibile trascurare l'azione del momento flettente senza compiere errori considerevoli.
 +
 +===== File utili =====
 +Diagrammi Mf, T, N da {{:wikitelaio2016:lucidi_pt_20160309.pdf|lucidi}}
 +
 +File maxima a pausa intermedia {{:wikitelaio2016:maglia_triangolare_v000.wxm| qui }}
 +
 +File maxima a fine lezione {{:wikitelaio2016:maglia_triangolare_v001.wxm| qui}}
 +
 +File marc di verifica, a=100mm, b=50mm, d=20mm, E=1000MPa, nu=0.3, P=1000N {{:wikitelaio2016:verifica_maglia_triangolare.mud| qui}}
 +
 +File maxima con verifica {{:wikitelaio2016:maglia_triangolare_v002.wxm| qui}}
 +
 +===== Autori, note e ringraziamenti =====
 +
 +====Autori====
 +Vincenzo Iasevoli mat. 104048, Vincenzo Marotta mat. 105212, Simone Ceccarelli mat. 103806
 +
 +====Tabella di monitoraggio carico orario====
 +<hidden>
 +Ore-uomo richieste per la compilazione della pagina. 
 +
 +^ Autore/Revisore  ^  Prima stesura  ^  Prima revisione  ^  Seconda stesura  ^ Revisione finale  ^  Totale  ^
 +| Ceccarelli        2              |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Iasevoli          2              |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Marotta          |  2              |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Revisore 1        ---            |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Revisore 2        ---            |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Revisore 3        ---            |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| Revisore 4        ---            |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +| **Totale**        ---            |  ---              |  ---              |  ---              |  ---     |
 +
 +La sezione relativa ai revisori è da compilarsi a cura del curatore.
 +</hidden>
 +==== Note di revisione ====
 +<hidden>
 +**Note di prima revisione**
 +
 +blabla
 +
 +**Risposta degli autori**
 +
 +blabla
 +
 +**Revisione finale**
 +
 +blabla
 +
 +**Nota del curatore**
 +
 +blabla
 +</hidden>
 +
 +===== PATTUME =====
 +