Calcolare deformazione e stress su una porzione di parete di una vasca

PIETRO2002 · 24 Aprile 2023

Betoniera ha detto:
Ho provato a fare un calcolo usando il Fem di Inventor, mi viene una freccia di 45 mm e una sollecitazione Von Mises di 432 MPa ...

Per poter fare un confronto occorre entrare nel merito della modellazione eseguita, dei vincoli ecc.
Ma esiste un metodo manuale per controllare l'ordine di grandezza dei risultati.
Si può considerare una striscia della della singola parete di lunghezza m 2,136 come trave verticale soggetta al carico di pressione
I vincoli di estremità sono di incastro perfetto perchè la vasca ha pianta quadrata.
Per il carico di pressione possiamo considerare la pressione media sulla parete che vale 1260*1,839/2 = 1159 kg/m2
Per comodità di calcolo consideriamo la trave alta 1 m e spessa 12,7 mm lunga m 2,134, incastrata sui bordi soggetta ad un carico di 1159 kg/m
Eccola

Di questa possiamo calcolare la deformata

La deformata risulta di 17 mm giustamente maggiore del calcolo con gli elementi finiti perchè, nella realtà la trave è impedita di deformarsi liberamente per il vincolo trasversale verso la lamiera terra.
Ma, è evidente, che la deformata non può essere maggiore di 17 cm
Ciao a tutti

Hai perfettamente ragione! Ho rivisto i miei calcoli e mi sono accorto di avere commesso un errore, avendo considerato la spinta sul fondo uguale alla spinta sulle pareti. La pressione idrostatica sulle pareti verticali e' la meta' della pressione sul fondo ed e' applicata a 2/3 dal pelo libero. Rifacendo la simulazione sul Fem mi viene una freccia di 16 mm.

meccanicamg · 24 Aprile 2023

Molto dipende anche dai vincoli che si usano. Un appoggio su 4 lati non si comporta come un incastro su tre lati.
Se modelli tutto il serbatoio e vincoli il fondo si comporta diversamente della porzione laterale presa in esame.

PIETRO2002 · 24 Aprile 2023

meccanicamg ha detto:
Molto dipende anche dai vincoli che si usano. Un appoggio su 4 lati non si comporta come un incastro su tre lati.
Se modelli tutto il serbatoio e vincoli il fondo si comporta diversamente della porzione laterale presa in esame.

Come dal file step che e' stato postato la vasca e' aperta, ho vincolato il fondo pensando che la vasca sia appoggiata.

Cast16 · 25 Aprile 2023

meccanicamg ha detto:
Molto dipende anche dai vincoli che si usano. Un appoggio su 4 lati non si comporta come un incastro su tre lati.
Se modelli tutto il serbatoio e vincoli il fondo si comporta diversamente della porzione laterale presa in esame.

Ho riprovato con il metodo di @PIETRO2002 dividendo in 10 parti e mi da' 9.03mm deflection.
La domanda e': come mai due libri che si basano sui Roark's formulas, danno un risultato 4 volte piu' grande dei vari FEA?

Betoniera · 25 Aprile 2023

La domanda e': come mai due libri che si basano sui Roark's formulas, danno un risultato 4 volte piu' grande dei vari FEA?

Provo a dare una possibile spiegazione.
Questa struttura può essere risolta, con metodo tabellare, considerando una unica piastra verticale incastrata su 3 lati e libera sul lato alto, soggetta a carico triangolare.
Ma, in questo caso, occorre controllare il coefficiente di Poisson.
Il coefficiente di Poisson determina quanto si contrae in senso trasversale il materiale soggetto a trazione longitudinale.
L'acciaio ha un coefficiente di Poisson di circa 0,27-0,3.
Nel nostro caso le tensioni trasversali delle pareti (lungo l'altezza) influenzano molto la deformazione.
Nel caso di simulazione FEM, scegliendo il materiale, si determinano in maniera automatica le caratteristiche del materiale.
Ma se si sceglie il metodo tabellare si deve fare molta attenzione, oltre ai vincoli, anche al coefficiente di Poisson.
Uno dei testi più affidabili di calcolo delle piastre è quello del Bares le cui tabelle sono divise per coefficiente di Poisson che varia da 0 a 0,25.
I risultati sono molto diversi sia in termini di deformazione, sia in termini di tensione.
Potrebbe essere questa la spiegazione?.
Ciao.

PIETRO2002 · 25 Aprile 2023

Cast16 ha detto:
Ho riprovato con il metodo di @PIETRO2002 dividendo in 10 parti e mi da' 9.03mm deflection.
La domanda e': come mai due libri che si basano sui Roark's formulas, danno un risultato 4 volte piu' grande dei vari FEA?

Visualizza allegato 68193

Confermo ! Ho provato a divedere i fianchi in 10 parti, applicando le 10 pressioni ad ogni area, ed anche a me viene uno scostamento massimo di 9.4 mm, e una tensione di Von Mises di 104 MPa. Il buon Betoniera ci era arrivato un po' prima.. ma meglio tardi che mai!

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

viene 1.9 circa di spostamento.
Coeff. Poisson = 0.28
Modulo di Young = 210000 MPa

PIETRO2002 · 26 Aprile 2023

biz ha detto:
viene 1.9 circa di spostamento.
Coeff. Poisson = 0.28
Modulo di Young = 210000 MPa
Visualizza allegato 68206

Ma hai vincolato 4 lati?

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

PIETRO2002 ha detto:
Ma hai vincolato 4 lati?

si

PIETRO2002 · 26 Aprile 2023

biz ha detto:
si

Dal file step postato si vede che e' una vasca aperta, senza coperchio, penso andrebbero vincolati 3 lati.

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

PIETRO2002 ha detto:
Dal file step postato si vede che e' una vasca aperta, senza coperchio, penso andrebbero vincolati 3 lati.

no, ho fatto la verifica sul concio indicato

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

simulare la vasca è un altro paio di maniche.
Bisogna tener conto della rigidezza del telaio.
La domanda verteva su detto concio.

PIETRO2002 · 26 Aprile 2023

Forse vi è un fraintendimento, si stava parlando del secondo esercizio proposto da Cast16.

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

PIETRO2002 ha detto:
Forse vi è un fraintendimento, si stava parlando del secondo esercizio proposto da Cast16.

Purtroppo non ho letto tutti i post. Io faccio riferimento al primo post.

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

Poisson = 0.28
Young = 210000 MPa
8.2mm di deformata

Nicola Bizioli · 26 Aprile 2023

biz ha detto:
Poisson = 0.28
Young = 210000 MPa
8.2mm di deformata

Visualizza allegato 68207

giusto per fare un appunto:
shell con elementi quad. Tre layer sullo spessore, e più in generale è bene avere almeno tre elementi sullo spessore (in genere non ne servono di più).

paolo.scarparo · 26 Aprile 2023

biz ha detto:
giusto per fare un appunto:
shell con elementi quad. Tre layer sullo spessore, e più in generale è bene avere almeno tre elementi sullo spessore (in genere non ne servono di più).

sul forum "cugino" (ingforum per gli ingegneri civili) abbiamo sviluppato questo esercizio sia con vari forum che in modo analitico cercando di capire cosa "successo".

io ho fatto anche una analisi di convergenza della mesh sia del serbatoio che della singola parete. altri colleghi hanno ipotizzato un vincolo cedevole (per simulare il terreno) al posto di un appoggio fisso sul fondo. bene o male tensioni e deformate sono in linea con i modelli fem proposti, sia con risuluzioni numeriche che analitiche (roak's o tabelle del barese)

meccanicamg · 26 Aprile 2023

Ma qualcuno ha provato a misurare sul serbatoio fisico reale cosa succede? Con tutta sta teoria poi la pratica magari diverge.....ci sono feedback?

Cast16 · 26 Aprile 2023

Nessuno andrebbe a progettare un serbatoio che si deformerebbe di 40mm. Sembra che di norma dovresti rimanere sotto la metà dello spessore della lamiera. Cioè se i calcolo ti dà una deformazione maggiore aggiungi i rinforzi. Avrei in mente di provare la prossima volta che facciamo un test con acqua... abbiamo un Faro Arm, ma non sono sicuro se ci si riuscirebbe a rilevare la differenza vuoto - pieno.

PIETRO2002 · 27 Aprile 2023

Cast16 ha detto:
Nessuno andrebbe a progettare un serbatoio che si deformerebbe di 40mm. Sembra che di norma dovresti rimanere sotto la metà dello spessore della lamiera. Cioè se i calcolo ti dà una deformazione maggiore aggiungi i rinforzi. Avrei in mente di provare la prossima volta che facciamo un test con acqua... abbiamo un Faro Arm, ma non sono sicuro se ci si riuscirebbe a rilevare la differenza vuoto - pieno.

Da quanto emerso la massima deformazione dovrebbe essere dell'ordine di 8 / 9 mm, comunque, se dovessi costruirla, un telaio esterno di rinforzo lo farei di sicuro.

Calcolare deformazione e stress su una porzione di parete di una vasca

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