Analisi Strutturale con Patran-Nastran, visualizzazione del warping

MichMik

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Buonasera a tutti

sono un utente nuovo del forum, ho aperto questa discussione perché ho un problema con l'analisi di un elemento strutturale in Patran e non so come risolverlo, spero che possiate e vogliate aiutarmi.
In pratica devo analizzare una struttura che ha la forma di un parallelepipedo retto a base rettangolare soggetta ad un momento torcente ad un'estremità ed incastrata totalmente all'altra estremità; quindi si tratta di una trave con sezione rettangolare cava a pareti sottili. Io l'ho modellata con elementi Quad4 con proprietà Shell. Il problema sorge quando devo applicare il momento torcente, ho provato a creare un nodo al centro del rettangolo e a collegarlo con tutti quelli della sezione finale della trave con elementi RBE2 e poi ho applicato il momento torcente al nodo centrale, ma ho letto da qualche parte che gli elementi RBE2 introducono una rigidezza supplementare nella sezione e forse è questo il motivo per cui, quando analizzo i risultati, la sezione ruota sotto l'effetto del momento, ma resta piana, invece io mi aspetto che essa debba deformarsi a causa del warping, che è ciò che voglio ottenere da quest'analisi. Ho anche pensato di usare gli elementi RBE3, ma non so con precisione come fare per ottenere con essi una simulazione del comportamento della struttura sottoposta a torsione quanto più vicino possibile alla realtà.
Vi ringrazio per l'eventuale disponibilità.
 

Onda

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Puoi applicare delle forze, uguali e contrarie, applicati ai nodi dei lati del rettangolo, presi a 2 a 2, in maniera che la somma delle forze si equilibri, ma rimanga il momento torcente.
Oppure, puoi utilizzare un RBE3, il cui nodo centrale, DIPENDENTE, deve essere connesso da 1 a 6, mentre i nodi del contorno trave, INDIPENDENTI, devono essere connessi da 1a 3.

altrimenti, terza soluzione, allunghi la tua trave di una lunghezza sufficiente a poter trascurare la rigidezza aggiuntiva e usi un RBE2., Il momento torcente è costante e la lunghezza della trave non cambia il risultato.
 

MichMik

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Vi ringrazio per l'attenzione, credo che adotterò la prima soluzione proposta. Se posso vorrei chiedere perché nel caso usassi gli elementi RBE3, dovrei vincolare il nodo centrale da 1 a 6 mentre i nodi indipendenti da 1 a 3. Capirlo mi aiuterebbe ad usare questo elemento nel modo corretto anche in futuro.
Ancora grazie per la disponibilità.
 

Onda

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Si esatto, quella è la modalità di utilizzo degli RBE3, in quanto una traslazione del nodo indipendente, si trasforma in una rotazione del nodo dipendente.
 

MichMik

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Se usassi gli RBE3 vincolando solo le rotazioni sia del nodo dipendente che di quelli indipendenti, otterrei risultati corretti?
Lo chiedo perché ho appena provato ad usare gli RBE3 nel modo proposto, ma ottengo una deformata strana della sezione finale della trave. La parte centrale ruota, mentre i lati corti del rettangolo tendono a restare nella loro posizione (traslano solo leggermente), quindi mi ritrovo una deformata ad onda sinusoidale della sezione rettangolare nel suo piano. Mi chiedo se il motivo non risieda nel fatto che gli elementi RBE3 trasmettono il carico in modo diverso ai lati corti del rettangolo, che sono più distanti dal centro, rispetto al carico trasmesso alla parte centrale della sezione e ai lati lunghi.
Ancora grazie di tutto.
 

Onda

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No, non devi usare gli RBE3 mettendo le rotazioni nei nodi indipendenti in quanto vengono trasferite in modo strano al nodo dipendente. Gli RBE 3 sono un po particolari e non è detto che distribuiscano il carico esattamente nel modo voluto.
 

MichMik

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Infine ho scelto di ricorrere alla prima soluzione, cioè di scomporre il carico di torsione in due forze uguali ed opposte distribuite sui lati corti della sezione rettangolare cava. La deformata che ottengo mi sembra verosimile ed in effetti il rettangolo cavo non solo ruota ma risulta deformato dal warping. Confronterò questa soluzione con quella ottenuta adottando il secondo metodo, cioè usando gli elementi RBE3 e vincolando il nodo dipendente da 1 a 6 e quelli indipendenti da 1 a 3. In un primo momento la deformata ottenuta ricorrendo agli elementi RBE3 mi sembrava irreale, ma forse non lo era poi così tanto, evidentemente il warping quando è libero di manifestarsi deforma la sezione in un modo così strano che non sembra sia stato applicato solamente un semplice momento torcente.
Grazie ancora del vostro aiuto.
 

Onda

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Infine ho scelto di ricorrere alla prima soluzione, cioè di scomporre il carico di torsione in due forze uguali ed opposte distribuite sui lati corti della sezione rettangolare cava. La deformata che ottengo mi sembra verosimile ed in effetti il rettangolo cavo non solo ruota ma risulta deformato dal warping. Confronterò questa soluzione con quella ottenuta adottando il secondo metodo, cioè usando gli elementi RBE3 e vincolando il nodo dipendente da 1 a 6 e quelli indipendenti da 1 a 3. In un primo momento la deformata ottenuta ricorrendo agli elementi RBE3 mi sembrava irreale, ma forse non lo era poi così tanto, evidentemente il warping quando è libero di manifestarsi deforma la sezione in un modo così strano che non sembra sia stato applicato solamente un semplice momento torcente.
Grazie ancora del vostro aiuto.
Io penso che sia più irreale come hai simulato tu le forze, mettendole soltanto sui lati corti. Io le avrei messe su tutti i 4 lati, di forza proporzionale alla lunghezza del lato, in maniera che la loro somma dia il momento richiesto. considerando che in una sezione in parete sottile il flusso di taglio dovuto alla torsione è costante..
 

MichMik

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Io avevo pensato di scomporre il momento torcente in quattro forze distribuite sui quattro lati, ma poi mi sono ricordato che agendo in questo modo avrei imposto un flusso di taglio constante nella sezione finale della trave e non volevo farlo. Infatti solo se la struttura non presenta vincoli che impediscano il warping il flusso di taglio è costante. Nel mio caso l'incastro limita il warping e il flusso di taglio in tutte le sezioni, quindi anche in quella finale, risulta alterato rispetto a quello previsto dalla teoria classica.
 

Onda

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Allora non capisco più nulla... se hai un vincolo, metti un RBE2. e la sezione rimane piana, altrimenti non hai un vincolo, e la sezione è libera di deformarsi. forse se posti una idea di cosa vuoi schematizzare, poi si vede il metodo migliore di rappresentarlo
 

MichMik

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Scusa forse mi sono spiegato male io.
In pratica devo analizzare una trave rettangolare cava a pareti sottili, vincolata ad un'estremità e libera ma con un momento torcente applicato all'altra estremità. L'incastro impedisce il warping nella sezione iniziale ed altera i flussi di taglio in tutte le sezioni, i quali dovrebbero assumere valori diversi da quelli previsti dalla teoria classica.
Io ho pensato che il momento torcente matematicamente è un vincolo di tipo integrale, essendo una caratteristica della sollecitazione, cioè dovrei imporre che nella sezione finale della trave l'integrale dei flussi di taglio sia uguale ad un valore noto (quello del momento torcente), però i flussi di taglio dovrei lasciarli liberi di assumere nella sezione qualsiasi valore purché il loro integrale sia fissato. Non credo che ci sia un modo per imporre in Patran un vincolo del genere.
 

Onda

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Io continuo a non capire la tua spiegazione, "vincolata ad una estremità e libera ma..."
Poi non capisco cosa intendi con imporre un vincolo del genere.
un vincolo è un valore (0 o differente, poco importa) ad un grado di libertà del nodo. se non vuoi imporre tutti 0, calcola degli spostamenti nodali, e imponili.
ma penso che ci stiamo allontanando sempre più..
posta uno schizzo di quello che devi fare, perché è sempre più buio
 

MichMik

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Io intendevo dire che la trave a sezione rettangolare cava e a pareti sottili è vincolata ad un'estremità con un incastro e non vincolata all'altra estremità, dove è applicato solamente un momento torcente.
Il momento torcente è una caratteristica della sollecitazione, quindi è un carico esterno generico, nel senso che potrebbe essere generato in vari modi, perché esistono infinite distribuzioni di flussi di taglio che integrate producono lo stesso momento. Il flusso di taglio costante previsto dalla teoria classica è una di queste distribuzioni. Io dovrei imporre nella sezione finale che la distribuzione di flussi di taglio sia tale da produrmi il momento torcente a cui voglio sottoporre la struttura, ma prima dell'analisi non dovrei imporre altre condizioni sul flusso di taglio, il quale deve essere un risultato da ottenere.
Se scompongo il momento in due o quattro forze uguali e contrarie distribuite sui lati del rettangolo, è come se in quel momento stessi bloccando nella sezione finale l'andamento della distribuzione di flussi di taglio al valore stabilito da me.
Il file allegato è uno schema della struttura che devo analizzare.
 

Allegati

Onda

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Mah, il FEM è fatto per analizzare strutture reali, non strutture irreali, tu in qualche modo il torcente glielo devi dare, e questo qualche modo influenza le tensioni nell'intorno del punto di carico, questa è una realtà.
Poi, data la lunghezza probabilmente avrai una zona al centro dove il tuo torcente segue perfettamente de saint venant, in quanto sei abbastanza lontano dai vincoli e dalle zone di applicazione del carico.
 

MichMik

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Si, infatti mi sto rendendo conto che con la FEM non è possibile imporre una caratteristica della sollecitazione in modo generico, come si usa fare matematicamente quando si studia la stessa struttura con metodi analitici. Bisogna per forza specificare come il carico esterno si distribuisce sui nodi della sezione su cui è applicato. Quando si esplicita in che modo il carico è distribuito sui nodi inevitabilmente viene fatta una scelta.
Grazie per tutta l'attenzione che mi avete rivolto.