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Quante volte ti è capitato di dover quantificare forze e momenti per dimensionare saldature, bulloni o spine su una struttura appena progettata?

Oppure, scegliere la sezione del tubolare o trave in funzione delle forze che agiscono su ogni elemento della struttura?

Sappiamo bene quanto sia tedioso il calcolo statico per ottenere le informazioni di cui abbiamo bisogno (reazioni) e quanto si complichi per strutture tridimensionali. Sono sicuro che a questo punto potresti dirmi: “Si Umberto sono d’accordo, infatti in questi casi mi viene in aiuto il Simulation e tiro fuori quello che mi serve.”

E se ti dicessi che non devi spendere tempo nel discretizzare il modello (mesh) e scomodare il Simulation, perché puoi ottenere esattamente ciò che ti serve dal Motion?

Si, hai capito bene, il Motion può esserti di aiuto anche con strutture e calcoli statici, oltre che con meccanismi e risultati cinematici!

Vediamo un esempio…

Prendiamo il modello 3D di una travatura piana di Warren, rispetto il quale vogliamo calcolare le reazioni sui punti di fissaggio ed estrarre i valori di forza su alcuni elementi diagonali della struttura. Nello specifico, proprio della struttura riportata in basso di cui riporto il diagramma del corpo libero.

Innanzitutto, che si tratti di una parte che rappresenta l’intera struttura come un corpo rigido (nessun interesse nell’estrarre i valori ai nodi di collegamento tra i corpi) o di un insieme di parti assemblate tra loro (il nostro caso studio), il calcolo va eseguito in ambiente di assieme, in quanto è il solo che ci consente di utilizzare il Motion.

La travatura in questione è composta da 11 aste/puntoni di sezione rettangolare, ai cui estremi raccordati è stato posizionato al centro un punto di schizzo.

I punti di schizzo ci aiutano a collegare tra loro le parti mediante accoppiamenti di coincidente, bloccando le traslazioni cosi da estrarre le reazioni. Inoltre questo tipo di accoppiamento applicato alle due estremità toglie tutti i gradì di libertà a ciascun corpo facendo risultare la struttura isostatica, proprio quello di cui abbiamo bisogno.

I tre accoppiamenti primitivi (piano-punto) indicati sopra, fanno riferimento ai vincoli impiegati per bloccare alla base la travatura e rappresentati dalle frecce blu, in cui andremo a leggere le reazioni. Cerniera nel nodo “A” e un carrello nel nodo “G”.

Dopo aver applicato una forza di 6000 N sul nodo “C”, possiamo avviare l’analisi per il calcolo.

Essendo statica, può anche avere una durata di 0,1 secondi, in quanto le reazioni sono costanti.

A questo punto è sufficiente estrarre i risultati dagli accoppiamenti di interesse, ovvero al nodo “A” e “G”, come forze di reazione. Non essendoci alcuna azione lungo X, andremo a plottare le sole reazioni lungo Y.

Ottenendo le reazioni ricercate sui punti di ancoraggio della struttura.

Siamo perfettamente in accordo con la verifica analitica dell’equilibrio al nodo “G”, per estrarre la reazione di AY.

Chiaramente, avendo 11 aste collegate tra loro con accoppiamenti, possiamo estrarre le reazioni ai vari nodi allineandole all’asta/puntone di interesse, cosi da avere un valore utile a capire se la componente è soggetta a sforzo di trazione o compressione, oltre ad utilizzarlo per dimensionare la parte.

Cosi da ottenere la mappatura delle forze per ogni parte della struttura.

Un altro vantaggio assolutamente da non trascurare nell’utilizzo del Motion per le verifiche statiche, è dato dalla possibilità di considerare la forza-peso della struttura con la corretta distribuzione delle masse. Infatti, applicando la gravità al nostro caso studio, la reazione sul nodo AY passa da 4000 N a 13207 N.

Qualche altro esempio interessante?

La soluzione della posizione di equilibrio di cavi e funi, a cui sono applicati carichi.

In sintesi, questi i principali vantaggi offerti dall’analisi statica in Motion:

  • Possono essere affrontate problematiche piane e tridimensionali, anche con carichi agenti nelle tre direzioni.
  • Il tempo di calcolo è di circa 1 secondo.
  • Si può tener conto della forza-peso della struttura, oltre al fatto di applicare differenti materiali alle parti con una corretta distribuzione delle masse.

 

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#SolidWorks #solidworksmotion

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