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  1. #1
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    Predefinito Consigli per iniziare una verifica di una struttura meccanica

    Ciao a tutti,
    sono nuovo del Forum e mi diletto nella meccanica per hobby dato che per professione sono un ing. elettronico.

    Sempre per diletto sto costruendo un inseguitore solare biassiale a quattro moduli fotovoltaici.
    Utilizzando Rhinoceros ho creato il 3D di tutta la struttura, ho calcolato l'azione del vento sulla superficie dei pannelli, dimensionato il palo di sostegno utilizzando il modulo di resistenza ed il tipo di materiale e le varie unioni bullonate (adesso sto vedendo il calcolo e la verifica delle unioni saldate raccogliendo materiale a destra e a sinistra).

    Adesso mi piacerebbe fare un analisi numerica per avere conforto dei calcoli che ho fatto (come già detto non sono uno strutturista, ho solo letto parecchie dispense trovate in rete) ed avere quindi una ragionevole sicurezza che una volta montato il sistema il tutto non presenti cedimenti strutturali (in primo punto la sicurezza, in secondo il costo dato che dovrò fare realizzare particolari meccanici con dimensioni di un certo rilievo da officine specializzate).

    Per i motivi di cui sopra mi sono permesso di disturbare per chiedere se qualcuno potesse consigliarmi un software di analisi agli elementi finiti, possibilmente gratuito oppure demo funzionale per almeno 30 giorni (in modo da consentirmi di fare qualche verifica), per strutture composte da pali, tubi, piastre ed altri elementi come cerniere ecc... e che mi consenta assegnate le forze esterne ed assegnando i materiali e le geometrie dei singoli particolari di determinare le sollecitazioni sulla mia struttura in modo da vedere se il dimensionamento di massima che ho fatto risulta corretto. Se poi le geometrie potessero essere importate come IGES sarei anche a metà dell'opera dato che mi basterebbe esportare i vari gruppi direttamente da Rhinoceros.

    A tale scopo, per dare un idea della struttura che dovrei analizzare e poi realizzare in pratica, allego una serie di screenshot presi da Rhinoceros.

    Poichè penso che la visione delle immagini non fornisca un'idea precisa delle dimensioni della struttura aggiungo qualche dettaglio:

    - il telaio di supporto dei pannelli è costituito da dei profilati in acciaio a sezione quadrata spessore 1.5 mm sadati fra loro ed il tutto sostenuto dalle tre piastre in Fe360 da 110 mm di larghezza per 10 mm di spessore che formano la H centrale di sostegno del telaio. Le dimensioni complessive del telaio sono 3.6 m di lunghezza per un altezza di 1.6 m. Il telaio completo di moduli fotovoltaici, staffe e trafilato ha un peso complessivo di circa 110.64 kg (pesi teorici calcolati con le tabelle dei materiali). Le tre piastre ad H sono saldate fra loro e la piastra centrale e imbullonata attraverso 12 bulloni M12 a tre cerniere a snodo (di quelle usate per i cilindri oleopneumatici da 100 mm) e sono utilizzate come snodi per inclinare il telaio rispetto l'orizzonte.
    - Il palo di sostegno è un Fe360 (S235JR) con diametro esterno 127 mm spessore 8 mm, altezza complessiva di circa 896 mm.
    - Il basamento è un telaio quadrato che utilizzo essenzialmente per fare le prove preliminari, per l'installazione definitiva penso che farò un basamento di cemento per evitare che il vento se lo porti via.

    Sono ovviamente ben graditi suggerimenti e consigli da Voi esperti meccanici e strutturisti dato che sicuramente a colpo d'occhio sarete in grado di valutare se la mia idea è stata concepita in modo corretto oppure se vi sono dei vizi di fondo da correggere.

    Sono comunque graditi esempi e l'aiuto di chiuque volesse spendere un po di tempo (so che è molto prezioso per tutti) ad aiutarmi in questa mia esperienza (sono pentito di non avere inserito esami di calcolo delle strutture nel corso di laurea, è un argomento affascinante, ma ne avevo già parecchi ed inoltre non avrei mai pensato che un giorno mi sarei imbattuto nella realizzazione di un sistema meccanico di questo tipo...).

    Grazie in anticipo per l'attenzione che vorrete e potrete dedicarmi.

    Saluti
    Pow
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  2. #2
    Utente Senior L'avatar di myface
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    Ciao, meriti una risposta anche solo per come ti sei espresso e per la tua avversione al pressapochismo (peso circa 110.64 Kg he he) che molti tecnici dovrebbero possedere.

    Prima di affrontare i calcoli, volevo commentare il sistema, che è migliorabile nella zona dell'attuatore che comanda l'inclinazione: così com'è il supporto mi sembra "leggero", soprattutto rispetto la possibile torsione, e mi appare anche molto lungo. Prendile come impressioni,naturalmente.

    Che range di inclinazione deve soddisfare il tuo inseguitore?

  3. #3
    Utente Senior L'avatar di meccanicamg
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    Ciao Powermos,
    bel lavoro e benvenuto. Di software free per analisi ad elementi finiti non ne conosco che girano sotto win. Ma sotto linux ce ne sono diversi e se provi a cercare nel forum trovi alcune proposte.
    Ricorda che i valori che troverai dalla FEM non li puoi prendere per buoni al 100% poichè dipendono molto dalle caratteristiche dei vincoli e delle forze applicate, dai punti d'azione e anche dalla meshatura. Potresti trovare dei punti singolari e non è detto che siano reali. Pertanto ritieni sempre attendibili i valori del calcolo secondo normativa e regole di buona tecnica.

    Buon lavoro

  4. #4
    Utente poco attivo
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    Citazione Originariamente Scritto da myface Visualizza Messaggio
    Ciao, meriti una risposta anche solo per come ti sei espresso e per la tua avversione al pressapochismo (peso circa 110.64 Kg he he) che molti tecnici dovrebbero possedere.

    Prima di affrontare i calcoli, volevo commentare il sistema, che è migliorabile nella zona dell'attuatore che comanda l'inclinazione: così com'è il supporto mi sembra "leggero", soprattutto rispetto la possibile torsione, e mi appare anche molto lungo. Prendile come impressioni,naturalmente.

    Che range di inclinazione deve soddisfare il tuo inseguitore?
    Ciao,
    grazie per l'attenzione, cerco di approfondire la descrizione della struttura, magari fornendo qualche dettaglio di tipo generale su cosa sia un inseguitore solare biassiale e monoassiale.
    L'inseguitore per quanto concerne la rotazione azimutale (nel piano orizzontale) è dotato di una ralla con motoriduttore, questo sistema consente di fare virtualmente un angolo giro completo, nella pratica si tratterà sempre di ruotare entro un angolo che risulta sempre compreso entro 270° (che si sviluppa partendo dall'alba verso EST fino al tramonto verso OVEST).
    Questa rotazione viene comunemente indicata con il termine giornaliera (daily) dato che è quella che consente di inseguire il moto apparente del Sole nel corso della giornata.
    L'attuatore lineare consente il posizionamento dei moduli rispetto all'orizzonte (angolo di tilt) e generalmente questo movimento si denomina stagionale dato che varia, appunto, in modo predominante con le stagioni.
    Ciò significa che nel caso di un inseguitore monoassiale, per le nostre latitudini e longitudini, si potrà fissare un inclinazione rispetto all'orizzonte pari a circa 30° e ruotare i moduli lungo quest'asse inclinato, eventualmente per massimizzare la resa anche nei periodi invernali si possono fare delle regolazioni manuali aumentando l'inclinazione dei moduli fino a raggiungere i 40° rispetto l'orizzonte.

    Ritornando all'oggetto del desiderio, penso che tu (mi permetto di darti del tu...), ti riferisca alla staffa inclinata che parte dalla struttura e termina sulla cerniera dell'attuatore.

    La staffa è saldata al raccordo che sopra porta la piastra a cui sono imbullonate le tre cerniere di snodo del telaio (la piastra di supporto ha una lunghezza di 1000 mm, larghezza di 160 mm e spessore 12 mm, saldata al raccordo centrale con due ali di rinforzo) e sotto risulta imbullonato alla ralla di rotazione azimutale.

    Questa staffa ha uno spessore di 10 mm e risulta alta 50 mm, il foro di passaggio per il bullone di fissaggio dell'attuatore lineare ha un diametro di 13 mm, mentre il raggio esterno della staffa è pari a 25 mm, questo significa che ho una corona circolare di 18.5 mm attorno al foro.

    Il peso complessivo dell'attuatore lineare è pari a circa 10 kg ed il centro di gravità si trova praticamente nel punto di snodo (individuato utilizzando le funzioni di Rhinoceros "Mass Properties"->"Volume Centroid").

    Da una prima verifica fatta seguendo le informazioni reperite su questo link:

    http://dida.fauser.edu/dispro/carbon...llegamenti.htm

    ho visto che utilizzando sempre materiale Fe360 e per sigmaR (come scritto nel link delle note riportate sopra) utilizzando il valore della sigma amm = 160 N/mmq sia la rottura per tranciamento sia per strappo della staffa dovrebbe essere scongiurata, come scritto prima l'attuatore ha un peso di 10 kg in funzionamento statico; nel caso dinamico devo vincere gli attriti meccanici di primo distacco delle cerniere ed il momento di inerzia del telaio con i pannelli per poter mettere in rotazione il telaio stesso. Anche qua avevo fatto dei conti che però non ho ora sottomano, ma mi sembrava che fosse tutto a posto (pensandoci bene forse avevo solo considerato come componente da vincere nel caso peggiore, con pannelli verticali, solo la coppia di rotazione associata al telaio ed i moduli e forse trascurato il momento di inerzia della struttura dato che l'accelerazione angolare alla fine è bassissima).

    Secondo te la metodologia di calcolo che ho usato va bene oppure mi consigli di fare qualche altro tipo di verifica/considerazione?

    Una cosa che mi piacerebbe verificare è la saldatura della staffa di sostegno dell'attuatore lineare al raccordo superiore, così a prima vista ho dimensionato le cose prevedendo un cordone di saldatura da almeno 7 mm, mi puoi dare qualche consiglio sul come effettuare il calcolo/verifica della saldatura e qualche dispensa da potermi studiare prima per potermi fare un idea di cosa fare?

    Per il foro in cui andrò a bloccare l'attuatore avevo anche pensato all'uso di una bussola di foratura con collare DIN 172, quella con foro da 13 mm ha un collare da 26 mm e diametro esterno di 18 mm, se da un lato aumenta la resistenza del foro dall'altro riduce la corona di materiale che rimane intorno alla bussola, considerando poi che il movimento dell'attuatore è molto lento e non si ha la rotazione del bullone nel foro alla fine ho lasciato il foro senza usare la bussola.

    Allego un immagine del dettaglio del gruppo a cui è agganciata la staffa dell'attuatore.

    Grazie per la disponibilità dimostrata.

    Ciao
    Pow
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  5. #5
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    Ciao Powermos,
    bel lavoro e benvenuto. Di software free per analisi ad elementi finiti non ne conosco che girano sotto win. Ma sotto linux ce ne sono diversi e se provi a cercare nel forum trovi alcune proposte.
    Ricorda che i valori che troverai dalla FEM non li puoi prendere per buoni al 100% poichè dipendono molto dalle caratteristiche dei vincoli e delle forze applicate, dai punti d'azione e anche dalla meshatura. Potresti trovare dei punti singolari e non è detto che siano reali. Pertanto ritieni sempre attendibili i valori del calcolo secondo normativa e regole di buona tecnica.

    Buon lavoro
    Ciao,
    grazie per le indicazioni fornite, avevo fatto una ricerca preliminare nel forum, ma non avevo individuato un software specifico. Provo a vedere se trovo qualcosa sotto Linux, grazie.

    Saluti
    Pow

  6. #6
    Moderatore SolidEdge L'avatar di cacciatorino
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    Ciao,
    grazie per le indicazioni fornite, avevo fatto una ricerca preliminare nel forum, ma non avevo individuato un software specifico. Provo a vedere se trovo qualcosa sotto Linux, grazie.

    Saluti
    Pow
    www.caelinux.com trovi una versione pacchettizzata di pre-post processore e solutore fem. Poi esternamente esistono calculix ed elmer che pero' non ho mai utilizzato. Sicuramente ne esistono altri ancora ma penso questi tre siano i piu' diffusi.

    Considera comunque che imparare a fare analisi fem affidabili richiede molto tempo e impegno, per cui forse all'inizio ti troverai a usare i calcoli analitici per verificare le analisi fem , piuttosto che il contrario!



    stimarchetti.altervista.org - Progettazione Meccanica

  7. #7
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    Predefinito Verifica dei bulloni di sostegno del telaio

    Posto di seguito alcune considerazioni che ho fatto (ripeto, come profano in materia) circa la verifica dei bulloni che devono sostenere il telaio.
    Il telaio è staffato alle cerniere attraverso 12 bulloni (3 cerniere, quelle che si usano per i cilindri oleopneumatici da 100), ma per risparmiare pensavo di usare solo due cerniere, quindi la verifica la farò ipotizzando di avere solo 8 bulloni che devono sostenere il peso complessivo del telaio.
    Nel caso di telaio verticale rispetto all'orizzonte tutto il peso del telaio grava sui bulloni. In questo caso volendo dimensionare il tutto in modo tale che i bulloni lavorino per attrito devo verificare che, con la coppia di precarico data ai bulloni ed il coefficiente di attrito fra le cerniere e la staffa, la forza di attrito risultante sia maggiore del peso esercitato dalla struttura sul singolo bullone.

    Il peso complessivo del telaio è pari a circa 111 Kg, se si ipotizza una simmetria perfetta allora posso anche supporre che ciascun bullone si debba fare carico di 1/8 della forza complessiva ovvero nella relazione di verifica:

    (Fi-N)fs>T (1)

    il valore della forza di taglio T associata al telaio che cerca di farlo scorrere via dalle cerniere sarà pari a:

    T=(massa telaio * 9.81)/8 = 136.11 N (2)

    Nella (1) Fi è la forza di trazione interna che risulta dalla coppia di serraggio dei bulloni.
    Ipotizzando di usare dei bulloni M12 classe 8.8 (le cerniere hanno quattro fori da 14 mm) la coppia di serraggio dovrebbe essere pari a circa 89 Nm, questa produce una forza di trazione interna al bullone di 37 kN.
    Nel caso del telaio posto in posizione verticale trascuro la presenza di un eventuale forza esterna di trazione N che agisce nel senso di separare la piastra del telaio dalle cerniere.
    Per stare dalla parte della ragione ipotizzo che il coefficiente di attrito sia pari a 0.3 (superfici non particolarmente trattate).
    Sotto queste ipotesi ottengo:

    37000*0.2 = 7400 > 136.11 N

    ovvero, supponendo valide le assunzioni di cui sopra, 8 bulloni M12 classe 8.8 dovrebbero essere in grado di sostenere per attrito il peso del telaio.

    A questo punto invoco il parere di chi è molto più esperto di me in materia per sapere se il conto che ho fatto è troppo semplicistico oppure se mi può dare effettivamente un idea sul fatto che la struttura dovrebbe stare comunque su.
    Volendo aumentare il livello di dettaglio si poteva anche considerare l'effetto della neve che si deposita sulla parte superiore del telaio in verticale, ma in questo caso si tratta solo di aumentare il valore di T in modo congruo con le tabelle previste dalle varie normative di calcolo, che purtroppo non ho..., ma mi interessava sapere se ci sono errori macroscopici nel ragionamento oppure se sono sulla strada giusta.

    Grazie come al solito del tempo che vorrete dedicarmi.

    Saluti
    Pow

  8. #8
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    Ciao Power,
    per la verifica di giunzioni saldate e bullonate cerca nel forum di progettazione che abbiamo fatto alcuni esercizi e ci sono diversi allegati utili e rifrimenti normativi.

    Se fai una ricerca con google trovi le dispense delle università in merito a unioni bullonate e saldate secondo la vecchia normativa ritirata UNI CNR 10011 e secondo quella nuova Eurocodice 3.

    Ti ricordo che per l'ex Fe360 si considera come sigma ammissibile 160 MPa per spessori di laminato inferiori a 40 mm. Per le azioni tangenziali la tau ammissibile è quella ottaedrale quindi tau adm = 0.58*sigma amm = 92.5 MPa.

    Per quanto riguarda le saldature verificare il giunto di classe II o a piena penetrazione o a cordone d'angolo a seconda dell'esecuzione almeno secondo la vecchia UNI CNR 10011. Ricordo che trovi dispense ed esercizi per capire come fare.

    Per quanto riguarda le viti M12-8.8 in foro Ø14 se solo a taglio categoria C si ha:
    Fs,rd = Ks*n*fa*Fpr/1.25 = 9.6 kN
    con Fpr = 0.7*As*fub = 42208 N = 42.2 kN
    con fa = 0.3 superfici spazzolate alla fiamma senza ruggine
    fub = 800 MPa carico rottura 8.8
    As = 84.3 mmq
    Ks = 0.85 foro maggiorato perchè M12 normale è Ø13 mm
    n = numero superfici scorrimento = 1

    Fs,rd è il limite da confrontare alla forza di progetto a taglio per ogni bullone allo stato limite ultimo. Poi si devono fare altre 2 verifiche di cui una a rifollamento e una verifica di resistenza plastica nella sezione dei fori. Comunque valuta se esite solo taglio o combinato taglio e trazione. I momenti flettenti sulla struttura causano trazione. Quindi non fossilizzarti sulla formula che ho scritto prima ma segui la verifica scrupolosa secondo normativa.

    Per la verifica ad attrito e coppie di serraggio si veda ex uni cnr 10011 e/o eurocodice 3(EN 1993-1-8:2005). Si raccomanda nell'esecuzione di serrare con chiave dinamometrica se vuoi garantire una coppia nota.

  9. #9
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    @meccanicamg

    Grazie per i calcoli e le informazioni fornite, sono stato fortunato ed ho reperito in rete la norma CNR, ma non sono riuscito a trovare dettagli sull'Eurocodice 3 (eurocodice 3(EN 1993-1-8:2005).

    Provo ad orientarmi nei meandri della norma CNR ed a fare le verifiche necessarie.

    Grazie ancora

    Saluti
    Pow

  10. #10
    Utente Senior L'avatar di meccanicamg
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    Citazione Originariamente Scritto da Powermos Visualizza Messaggio
    @meccanicamg

    Grazie per i calcoli e le informazioni fornite, sono stato fortunato ed ho reperito in rete la norma CNR, ma non sono riuscito a trovare dettagli sull'Eurocodice 3 (eurocodice 3(EN 1993-1-8:2005).

    Provo ad orientarmi nei meandri della norma CNR ed a fare le verifiche necessarie.

    Grazie ancora

    Saluti
    Pow
    OK. Diciamo che la CNR va bene e a differenza dell'EC3 è più tollerante, quindi se trovi un fattore di sicurezza 10 ....ok ma se sei vicino a valori più bassi, non esitare a sovradimensionare.


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