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Calcolo deformazioni

Villengel

Utente Junior
Professione: tecnico officina
Software: Catia V5R19
Regione: Piemonte
#1
Salve a tutti. Mi sono addentrato da poco in questo affascinante argomento. Seguendo la guida di Catia ho potuto effettuare alcune simulazioni, ora però vorrei andare fino in fondo e cioè ho 2 domande:
1-conoscere la reale deformazione del prodotto da me disegnato e verificato in mm oppure probabilmente in percentuale, non so?
2-come visualizzare una reale deformazione e magari misurarla? E' possibile?

Ovviamente se non ho interpretato male le immagini nella zona rossa, la mia struttura dovrebbe resistere fino ad un 88900 N_m2. Giusto? Ma dopo la deformazione quindi un'attimo prima che il materiale inizia a criccare e rompersi? E di conseguenza la zona gialla, mi evidenzia proprio la deformazione già in atto? Evidenziando che la zona verde è una zona priva di qualsiasi deformazione?

Vi allego alcuni risultati della mia simulazione e immagini.
Ps. se qualche anima pia mi darebbe una mano gliene sarei veramente grato, magari potrei ricambiare chessò con qualche materiale plastico per il momento. Grazie infinite.
 

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meccanicamg

Utente Senior
Professione: ♔ Technical manager - Mechanical engineer ♚
Software: SolidWorks, DraftSight, Me10, Freecad, KissSoft, Excel
Regione: Lombardia
#2
Ciao Villengel,
per prima cosa ti consiglio di leggere attentamente la guida di catia che spiega come misurare gli stati di deformazione e fare l'animazione, modificare le unità di misura in MPa per gli sforzi e i mm per le deformazioni.

E' da un po' che non prendo in mano catia ma basta che ci guardi un po' nei moduli e nelle opzioni e trovi tutto.

Analizzando l'analisi di sforzo che hai postato come immagine, si ha che le zone rosse hanno una tensione interna massima mentre quelle blu la minima/zero. Comunque guardando sempre dalla stessa immagine si ha che vedi le sollecitazioni interne e non la deformazione.

Sicuramente nelle zone rosse, per come vedo il disegno hai imposto o dei vincoli o delle forze, pertanto si avrà una localizzazione di concentrazione di sforzi, e occorre valutare molto bene se in quelle zone è realmente così oppure se lo sforzo è minore e pertanto è da preferire altri sistemi modellazione del carico/forze e verificare a mano con le normative il rifollamento della lamiera quando tiro a coppia nota le viti ecc ecc.

Questa tensione va confrontata con la sigma ammissibile del tuo materiale, che ipotesi se fosse in S235JR, essendo un materiale duttile ha un carico di snervamento pari a Rs=235 Mpa, quindi si identifica come limite di snervamento ammissibile Rlim=Rs/1.5= 156 MPa.

Facendo conto che le tensioni massime Smax= 8.9*10^4 (N/m^2)= 8.9*10^4 (Pa) sono 0.089 (N/mm^2)=0.089 MPa si ha:

che il fattore di sicurezza di sovradimensionamento è S=Rlim/Smax= 156/0.089 = 1753 che è enorme. Diciamo che normalmente basta 3 o 10 a seconda dell'applicazione a meno che devi tenere sotto controllo la deformazione.
 

stef_design

Utente Senior
Professione: ingegnerizzatore prodotto-automotive (dream cars)
Software: SW 2009 - Pro/E WF4 - Catia V5 R20 - Matlab - Ansys - TC7 - VPM
Regione: Veneto - Austin (TX)
#3
Questa tensione va confrontata con la sigma ammissibile del tuo materiale, che ipotesi se fosse in S235JR, essendo un materiale duttile ha un carico di snervamento pari a Rs=235 Mpa, quindi si identifica come limite di snervamento ammissibile Rlim=Rs/1.5= 156 MPa.
Ciao meccanicamg, come mai dividi per 1.5 e non per 2?
Se il Rs è 235 MPa, non bisogna stare circa sotto a 1/2 dello Rs o 1/3 di Rs per cicli ripetuti?

Facendo conto che le tensioni massime Smax= 8.9*10^4 (N/m^2)= 8.9*10^4 (Pa) sono 0.089 (N/mm^2)=0.089 MPa si ha:

che il fattore di sicurezza di sovradimensionamento è S=Rlim/Smax= 156/0.089 = 1753 che è enorme. Diciamo che normalmente basta 3 o 10 a seconda dell'applicazione a meno che devi tenere sotto controllo la deformazione.
Quindi, dal calcolo del coeff. di sicurezza, più questo è alto e più sei tutelato, giusto?
grazie:smile:
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: ♔ Technical manager - Mechanical engineer ♚
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Regione: Lombardia
#4
Ciao stef, allora ti do le indicazioni alle tue domande:

CASO VERIFICA STATICA DI RESISTENZA
per i materiali duttili si ha che sigma ammissibile = Carico snervamento/1.5
per i materiali fragili si ha che sigma ammissibile = Carico rottura/3

I materiali duttili sono quelli che hanno Snervamento/Rottura compreso tra 0.6 e 0.8 e hanno un allungamento percentuale superiore a 5%.

I materiali fragili sono quelli che hanno Snervamento/Rottura superiore di 0.8 e un allungamento percentuale inferiore a 5%.

Utilizzo Von Mises dove la sua tensione equivalente deve essere inferiore alla tensione ammissibile sopra calcolata affinchè ci sia verifica positiva.

CASO VERIFICA A FATICA
Nel caso di verifica a fatica si hanno diverse condizioni normate a seconda se si tratta di duttile o fragile, se le sollecitazioni sono variabili o meno. Si ha a che fare con tutti i coefficienti di intaglio, di forma, rapporti di fatica tra SIGMAfa e Rm che variano a seconda delle sollecitazioni (trazione, flessione, torsione) e a seconda dei materiali da 0.19 a 0.55, quindi sarebbe a dire Rm/5.2 oppure Rm/1.8.

Il fattore di sovradimensionamento detto anche coefficiente di sicurezza è l'indice di sovradimensionamento. E' pari a 1 se sei al limite. Maggiore di 1 stai sovradimensionando e sei dalla parte della sicurezza. Minore di 1 stai sottodimensionando, quindi sei a rischio di rottura/danneggiamento permamente.
 

Villengel

Utente Junior
Professione: tecnico officina
Software: Catia V5R19
Regione: Piemonte
#5
Beh ragazzi vi ringrazio in anticipo. Dunque se non ho interpretato male le vostre gentilissime risposte, ovviamente mi dite di andare a confrontare le sollecitazioni con i valori della sigma ammissibile. Non ho trovato la guida totalmente tradotta in italiano, quindi trovare in inglese un modulo tipo measurement deformation, diventa difficile da trovare (anche se guarderò meglio grazie) l'animazione della deformazione l'ho già fatta, ma c'è un parametro mooolto variabile che si chiama valore di amplificazione, cioè si tratta di un parametro che accentua a piacimento la deformazione, la curiosità è che impostando ampiezza massima, in automatico il programma attribuisce un valore (nella mia struttura è 13,084mm con il Nylon caricato con 30% Fibra di Vetro, mentre rifacendo la simulazione con l'alluminio mi dà un 4,182mm, che francamente essendo la testa lunga 120-130 mm di una piccola cnc e che deve sostenere un peso di 2Kg, dubito che in alluminio fletta di ben 4 mm). Ho tenuto conto delle due slitte su superficie (colonne di guida) e un'incastro nel foro posteriore (madrevite dell'asse Z). Quindi mentre studierò e convertirò un pò di dati, nel mio post ho messo tutti i file che servono x visualizzare l'analisi, se volete curiosare,perchè ho esportato un report con il calcolo dei nodi, masse, vincoli ecc. Allora mi chiedevo dove e come cercare nella guida un comando, che misura la deformazione approssimata della struttura. Avete un'idea? Grazie. Ottimi e preziosi i vostri suggerimenti sui parametri di sicurezza, devo anche aggiungere che il mandrino deve rimanere fissato lì in eterno poi per il calcolo delle sollecitazioni.... Vi romperò più avanti.... Perchè vorrei fare anche quello, ma prima partirei con un calcolo statico facile facile, poi inizio a ricercare e sperimentare anche la dinamica, poi vi romperò di nuovo. Hihih. Grazie ancora
 
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
#6
Ovviamente se non ho interpretato male le immagini nella zona rossa, la mia struttura dovrebbe resistere fino ad un 88900 N_m2. Giusto? Ma dopo la deformazione quindi un'attimo prima che il materiale inizia a criccare e rompersi? E di conseguenza la zona gialla, mi evidenzia proprio la deformazione già in atto? Evidenziando che la zona verde è una zona priva di qualsiasi deformazione?
NO! SBAGLIATO! SBAGLIATISSIMO!
il colore non c'entra con lo stato del materiale, è solo riferito alla scala. Il FEM non sa quando si rompe il materiale, per lui è come gomma, è iperelastico.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: ♔ Technical manager - Mechanical engineer ♚
Software: SolidWorks, DraftSight, Me10, Freecad, KissSoft, Excel
Regione: Lombardia
#7
Guarda che deve esserci un pulsante tra quelli dello stress analisy che fa la misura e comunque devi poter visualizzare la deformazione in mm o in m. Fai passare i pulsanti, io non mi ricordo più quale sia ma c'è. Potrebbe essere a forma di pipetta che vai a sondare ogni punto dove clicchi...
 

Villengel

Utente Junior
Professione: tecnico officina
Software: Catia V5R19
Regione: Piemonte
#8
Ma và che sono proprio un c....... Guardate un pò cliccando sull'icona Deformazione cosa è saltata fuori?? La Traslazione in mm !!!!!!!
Solo un dubbio mi assale, ma lui non lo considera il carico di sicurezza secondo voi?:smile: P.s. Spettacolo!
 

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Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
#9
Ciao stef, allora ti do le indicazioni alle tue domande:

CASO VERIFICA STATICA DI RESISTENZA
per i materiali duttili si ha che sigma ammissibile = Carico snervamento/1.5
per i materiali fragili si ha che sigma ammissibile = Carico rottura/3

I materiali duttili sono quelli che hanno Snervamento/Rottura compreso tra 0.6 e 0.8 e hanno un allungamento percentuale superiore a 5%.

I materiali fragili sono quelli che hanno Snervamento/Rottura superiore di 0.8 e un allungamento percentuale inferiore a 5%.

Utilizzo Von Mises dove la sua tensione equivalente deve essere inferiore alla tensione ammissibile sopra calcolata affinchè ci sia verifica positiva.

CASO VERIFICA A FATICA
Nel caso di verifica a fatica si hanno diverse condizioni normate a seconda se si tratta di duttile o fragile, se le sollecitazioni sono variabili o meno. Si ha a che fare con tutti i coefficienti di intaglio, di forma, rapporti di fatica tra SIGMAfa e Rm che variano a seconda delle sollecitazioni (trazione, flessione, torsione) e a seconda dei materiali da 0.19 a 0.55, quindi sarebbe a dire Rm/5.2 oppure Rm/1.8.

Il fattore di sovradimensionamento detto anche coefficiente di sicurezza è l'indice di sovradimensionamento. E' pari a 1 se sei al limite. Maggiore di 1 stai sovradimensionando e sei dalla parte della sicurezza. Minore di 1 stai sottodimensionando, quindi sei a rischio di rottura/danneggiamento permamente.
Tutto giusto, ma vorrei fare un paio di considerazioni.
a. il pezzo è veramente di nylon o è il primo materiale che è finito nell'analisi?
b. siamo sicuri che il modello di Von Mises sposi bene il nylon? Se il provino di nylon non si spacca a coppa e cono, io mi fiderei più del modello Tresca
c. credo che villengel stia parecchio confondendo la deformazione con la sollecitazione, o è solo una mia impressione?

Attenzione con gli strumenti potenti come il FEM...il rischio di prendere cantonate abissali è dietro l'angolo, noi non siamo commercialisti (citando me stesso :cool:)
 
Professione: Ingegnere
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Regione: Campania
#10
Ma và che sono proprio un c....... Guardate un pò cliccando sull'icona Deformazione cosa è saltata fuori?? La Traslazione in mm !!!!!!!
Solo un dubbio mi assale, ma lui non lo considera il carico di sicurezza secondo voi?:smile: P.s. Spettacolo!
Cos'è il carico di sicurezza? Intendi dire il Fattore di Sicurezza? Assolutamente no! Quella deve essere una valutazione del progettista, il software non deve per nessuna ragione al mondo infilarlo nei calcoli, altrimenti non si capisce più niente.
Sebbene quelli di meccanicamg sono in linea di massima corretti, i valori da usare come fattore di sicurezza dipendono dai casi. Spesso per analisi FEM con i controcaxxi e per strutture non vitali, si usa R=1.1. Per materiali che rispondono al modello di Rankine, come il ferrocemento, si usa spesso R=7, sia perché i palazzi è il caso che non crollino, sia perché la composizione di sabbia e cemento che fa il muratore non è detto che sia proprio uguale a quella ipotizzata a progetto.

Come vedi, non può esistere un numero che va bene a priori. Si sceglie e si pondera caso per caso. Più sono le incertezze, più il numero sale.
 

Villengel

Utente Junior
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Regione: Piemonte
#11
Infatti una volta trovato il tasto traslazione mi è proprio venuto l'abissale dubbio del fattore di sicurezza/sigma ammissibile. E' un materiale (Nylon 6) che ho creato andando a leggere i dati sulla scheda tecnica di un venditore, deduco quindi di dover ripetere il test considerando il modulo di elasticità con annesso il carico di sicurezza adeguato a quel materiale (duttile), infine intendevo proprio verificare se con quella massa, con quel materiale e con quella forma al momento di caricare la struttura di 2 Kg, avrei avuto una deformazione pari a X mm, oppure se la mia struttra non avrebbe subito uno spostamento dovuto al carico. Grandi e grazie. Più avanti vi aspettano altre domande è ovvio, hihih.
 

meccanicamg

Utente Senior
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#12
Ma và che sono proprio un c....... Guardate un pò cliccando sull'icona Deformazione cosa è saltata fuori?? La Traslazione in mm !!!!!!!
Solo un dubbio mi assale, ma lui non lo considera il carico di sicurezza secondo voi?:smile: P.s. Spettacolo!
visto che c'era!!!!!!

Il carico di sicurezza non lo sa lui e non mi ricordo se c'è la possibilità di inserirlo e di farti vedere lo schema dei fattori di sicurezza (questo non me lo ricordo se catia lo fa, ma visto che solidworks lo fa... dovrebbe farlo).

Comunque per il nylon è meglio tresca piuttosto che von mises... però sempre attenzione a ciò che si fa. Il fem non è un vangelo ma va interpretato e impostato molto bene prima di fidarsi.

Per prenderci la mano si dovrebbe iniziare a fare schemi semplici, travi vincolare e confrontare i dati a mano.... poi si sale di difficoltà.
 
Professione: Ingegnere
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#14
Allora, visto che i miei suggerimenti non sono stati presi (ancora) in considerazione (tranne che da meccanicamg), fai una bella cosa.
raddoppia la mesh e rilancia la simulazione, poi dimezzala e rilancia la simulazione.
Confronta i risultati, mettiti paura e poi ne riparliamo!
 

Villengel

Utente Junior
Professione: tecnico officina
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Regione: Piemonte
#15
No figurati, non ho pensato di non prenderla in considerazione. Anzi stavo facendo delle ricerche per trovare il Fattore di sicurezza, il comando. Per il metodo Tresca probabilmente devo impostare una formula. Giusto?
 
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
#16
No figurati, non ho pensato di non prenderla in considerazione. Anzi stavo facendo delle ricerche per trovare il Fattore di sicurezza, il comando. Per il metodo Tresca probabilmente devo impostare una formula. Giusto?
Che vuol dire impostare una formula?
In regime monoassiale, la sigma equivalente di Tresca coincide con l'unica sigma esistente.
 

Villengel

Utente Junior
Professione: tecnico officina
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Regione: Piemonte
#17
Che vuol dire impostare una formula?
In regime monoassiale, la sigma equivalente di Tresca coincide con l'unica sigma esistente.
Hai ragione scusa, sono niubbo, intendevo dire se in Catia devo impostare una formula, variare un parametro, non credo che per il modella Tresca ci sia semplicemente un tasto. Magari butto prima un'occhio alla guida.
 

stef_design

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#18
Grazie meccanicamg per la spiegazione :finger: