Progetto di una scala/elevatore: schema di scienza delle costruzioni

Buona sera,
sono alle prese per un esame con la progettazione di un oggetto (non esistente in realtà) che consiste in una scala che presenta i normali pioli in un lato, e una pedana motorizzata dall'altro che scorre nei "montanti" con delle guide con rotelle (allego dopo una foto del modello cad provvisorio che è incompleto e devo cambiare sicuramente, ma è esplicativo dell'oggetto). Il professore prima della scelta delle sezioni, del dimensionamento, del sistema di sollevamento (che ho comunque in mente) e del disegno finale CAD vuole dei ragionamenti "a mano" sulla struttura e il tipo di sollecitazioni che interessano i vari componenti e ha buttato lì (non sa se è giusto!) uno schema da risolvere coi metodi di scienza delle costruzioni (allego anche questo in foto) e ovviamente poi devo analizzare anche l'altro piano.



A me lo schema non convince per i vincoli, mi sembra labile volevo sapere cosa ne pensate e in caso come potrebbe essere in alternativa e se conviene studiarlo direttamente con un fem 1D invece che a mano.
Grazie mille e scusate le immagini enormi!

Ad eccezione della schematizzazione del pannello, che non capisco, lo schema della scala in sè è isostatico

Il ripiano lo devi schematizzare come un incastro.
Mi sembra piuttosto assurdo usare un FEM per un primo dimensionamento, sono cose che si fanno tranquillamente con un foglio di carta e una matita.
Un minimo di colpo d'occhio per le strutture penso sia indispensabile per un ingegnere, o uno ce l'ha come talento naturale o conviene fare parecchio esercizio per imparare a "vedere" l'andamento degli sforzi.

Ahhh, quindi è il professore che non ha idea di che sforzi ci siano nella struttura. Hai scritto così tu. Allora pensa del professore.
Sicuramente la scala nella sua totalità sarà isostatica con cerniera e carrello a terra, di cui la cerniera non presenterà una vera reazione orizzontale.
Il piano che scorre su e giù sarà un manicotto. Le due traverse orizzontali mantengono la struttura aperta e sono due tiranti.
Direi che puoi sfruttare la simmetria e fare a mano.
In alternativa puoi usare il programma gratuito Ftool che fa calcoli di travi 2d.

meccanicamg ha detto:

Il piano che scorre su e giù sarà un manicotto.

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Se lo consideri un manicotto non può reagire al peso del carico sul ripiano, o aggiungi un tirante lungo l'asse di scorrimento, o lo consideri un incastro.

Lo è eccome un manicotto. Poi c'è la forza interna tra struttura e ripiano che è quella della fune e va aggiunta.
Lo schema è lo stesso del sollevatore a pantografo.
Stesse cose....stessi ragionamenti ....

Grazie a tutti per le risposte! Il professore non è che non ha idea degli sforzi, anzi secondo me è molto competente, vuole vedere però questi ragionamenti fatti da me. Purtroppo sì mi rendo conto di non avere un gran colpo d'occhio su come si scambiano le forze e gli sforzi in queste strutture, non sono mai sicuro... Comunque lui ha visto velocemente la mia idea (l'esame è un progetto che deve essere pensato da noi) e ha buttato lì velocemente lo schema (certo avrei apprezzato mi dedicasse più tempo...)

Comunque credo che quel vincolo che ha disegnato lui in quel modo sia un semplice pattino/manicotto e effettivamente ho pensato anch'io poco fa, come ha proposto meccanicamg, che la reazione vincolare "mancante" fosse quella del sistema di sollevamento: se ragiono così come mi comporto rispetto a un caso classico? La metto comunque come incognita (e da lì sceglierò la potenza del motore) o siccome so che deve equilibrare 120 kg di peso massimo (anche se la cinghia tira non proprio in verticale) metto già la forza di sollevamento come "dato"?

Se sai il peso da sollevare, la reazione della fune è pura scomposizione geometrica, quindi è nota.

meccanicamg ha detto:

Se sai il peso da sollevare, la reazione della fune è pura scomposizione geometrica, quindi è nota.

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ok penso di avere idea di come fare allora, se poi ho dubbi sui risultati li posto
grazie mille!

Ciao di nuovo a tutti, sto procedendo bene nella progettazione e ho tratto le dovute conclusioni dallo schema statico: Alla fine ho fatto un caso a mano e poi gli altri vari casi di carico su ftool considerando la pedana come incastrata internamente (corpo unico) con i montanti, tanto le caratteristiche delle sollecitazioni sono le stesse rispetto a piazzarci la forza della fune. Pensando all'altro piano (frontale) come potrei invece schematizzare l'elevatore? Per la pedana stesso discorso, dovrei mettere o dei pattini ai due lati (più le forze delle due funi) o incastri interni... ma per il resto? sempre una cerniera e un carrello a terra? Perché ho provato direttamente su ftool e non sembra funzionare (da risultati strani)...
Grazie ancora!

A dire il vero nella vista ortogonale a quella del tuo schemino iniziale, ottieni le stesse cose che hai ottenuto adesso. Forze orizzontali non ce ne sono, quindi hai tutte le scomposizioni morte con bracci zero....quindi hai solo le reazioni che hai iniziato a fare.
Pensa bene a come stai schematizzando.

meccanicamg ha detto:

A dire il vero nella vista ortogonale a quella del tuo schemino iniziale, ottieni le stesse cose che hai ottenuto adesso. Forze orizzontali non ce ne sono, quindi hai tutte le scomposizioni morte con bracci zero....quindi hai solo le reazioni che hai iniziato a fare.
Pensa bene a come stai schematizzando.

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Mmm... no non ho capito bene, non credo che escano le stesse informazioni perché intanto posizionerei la forza verticale del carico nella posizione più svantaggiosa (per la pedana) in quel piano, poi in realtà ho aggiunto anche nel piano già analizzato una forza orizzontale sul corrimano (aggiunto anche questo) prevista dalla norma (200 N). Più che altro dal piano frontale dovrei dedurre la necessità (o meno) di ulteriori collegamenti fra i due montanti (tipo una x a mo di "controvento"). Non è che potresti farmi uno schizzo dello schema frontale secondo te? Perché ad esempio data la mia non familiarità con scienza delle costruzioni ho difficoltà a schematizzare, per esempio frontalmente avevo inizialmente il dubbio di dover mettere 4 corpi verticali per rappresentare le 4 "gambe" poi ho capito non avesse senso in quanto devo valutare solo i due montanti "robusti" nel piano frontale...

Perché non provi a schematizzare tu e noi correggiamo?

meccanicamg ha detto:

Perché non provi a schematizzare tu e noi correggiamo?

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OK, domani (oggi) a mente fresca metto lo schema!
Grazie

Ecco come ho schematizzato il piano frontale (se ho commesso errori eclatanti me ne scuso ma spero sia un'occasione per lavorare su questa mia lacuna: purtroppo il nostro esame di scienza delle costruzioni consisteva nell'esercizio principale in una struttura isostatica già data, da risolvere trovandone le caratteristiche delle sollecitazioni, non sono abituato a schematizzare strutture reali capire i vincoli tranne quelli ovvi! Va meglio per fortuna con gli alberi dove cuscinetti e montaggi so riconoscere che tipo di vincoli sono! )



In ftool dove ho il risultato strano ho inserito praticamente lo schema di destra senza il collegamento orizzontale alla base (è un carter che ho aggiunto dopo, che unisce i due montanti e serve principalmente per ospitare il motore)

È giusto lo schema di destra.

meccanicamg ha detto:

È giusto lo schema di destra.

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Ok, ho anche risolto a mano e i risultati sono gli stessi di ftool... a questo punto però quello che non capisco per cui definivo i risultati strani, è che a occhio un carico in mezzeria sulla pedana dovrebbe far inflettere anche i montanti, invece il momento flettente viene nullo lungo di essi... E sono stato indotto oltre che dall'occhio anche dal fatto che il professore vedeva come necessari dei collegamenti obliqui fra i montanti... Ora però ho aggiunto anche il carico orizzontale della norma e ottengo flessione sui montanti, anche se non molto importante numericamente (molto più piccola che sull'altro piano). Al di là di questo tornando al caso di forza solo verticale, perché il mio ragionamento "a occhio" è sbagliato e non c'è flessione sui montanti causata dal peso?

Edit: Ho ora aggiunto su ftool anche la controventatura a x, e questo riduce ulteriormente la flessione ma anche senza i valori non erano preoccupanti... Il professore però ha detto che bisogna stare sicuri anche in caso di eventuali usi impropri (come è giusto che sia) quindi utilizzando questi elementi mi metto comunque più in sicurezza dando maggiore robustezza alla struttura...