Con le superfici viene descritta la geometria di componenti piani o curvati le cui dimensioni superficiali sono notevolmente maggiori rispetto agli spessori. La rigidezza di una superficie risulta dal materiale e dallo spessore. Durante la generazione della maglia FEM vengono creati elementi 2D per le superfici. Questi vengono considerati per il calcolo nell'asse baricentrico della superficie.
Per l'immissione di una superficie è possibile utilizzare linee di delimitazione esistenti. Se si definisce graficamente la superficie con le possibilità nel menu contestuale del navigatore o i pulsanti della barra degli strumenti (vedere immagine Pulsanti per superfici piane), le linee di definizione vengono generate automaticamente dopo la definizione dei parametri della superficie e la conferma con OK nella finestra di dialogo.
La scheda Base gestisce i parametri elementari della superficie. Attivando le caselle di controllo vengono aggiunte ulteriori schede nelle quali è possibile inserire le indicazioni specifiche.
Tipo di rigidezza
Il tipo di rigidezza determina in quale modo possono essere assorbite le sollecitazioni interne o quali proprietà vengono presupposte per la superficie. Nell'elenco sono disponibili diversi tipi tra cui scegliere.
Standard
La superficie trasmette momenti e forze membranali. Questo approccio descrive il comportamento generale di un modello di superficie omogeneo e isotropo. Le proprietà di rigidezza della superficie sono indipendenti dalla direzione.
Senza spessore
La superficie non possiede rigidezza. Questo tipo deve essere utilizzato per le superfici di delimitazione di un corpo volumetrico.
Rigida
Con questo tipo di rigidezza è possibile rappresentare superfici molto rigide, per modellare un collegamento rigido tra oggetti.
Membrana
La superficie presenta una rigidezza uniforme in tutte le direzioni. Vengono tuttavia trasmesse solo forze membranali a trazione (nx, ny) nonché forze di taglio membranali (nxy). In caso di compressioni, forze trasversali e momenti gli elementi della superficie interessati vengono esclusi.
Membrana senza trazione
Vengono trasmesse solo momenti e forze membranali a compressione. In caso di forze membranali che causano trazione, gli elementi della superficie interessati vengono esclusi (esempio: pressure Test di alveoli).
Trasferimento di carico
Con questo tipo è possibile applicare carichi di superficie a zone non riempite da superfici, ad esempio carichi del vento su finestre o sulle aste di un capannone. Il carico di questa superficie viene distribuito sui bordi o sugli oggetti integrati. Se vengono generate carichi di asta, il carico viene ricondotto alle direzioni globali riferito alle lunghezze reali delle aste (direzioni di carico XL, YL, ZL). La superficie stessa non possiede rigidezza.
I criteri per il trasferimento di carico possono essere definiti nella scheda Trasferimento di carico.
La 'Direzione di trasferimento del carico' descrive in quale direzione(i) il carico deve essere applicato agli oggetti. L'elenco offre opzioni di selezione per una distribuzione isotropa basata su un calcolo FEM nonché per una disposizione ortotropa su strisce di superficie, che vengono considerate per la determinazione della larghezza di carico in una o entrambe le assi locali della superficie.
Con l'opzione 'Isotropo | FEM' RFEM utilizza per la determinazione della distribuzione del carico un modello parziale separato, in cui la superficie è rappresentata da un elemento di superficie rigido. Tutti gli oggetti integrati nella superficie (aste, rilasci lineari e nodali, linee collegate con elementi di modello, accoppiamenti o nodi ecc.) vengono sostituiti da linee rigide o rilasci nodali rigidi. Le reazioni di questo modello parziale vengono quindi applicate come carichi per il calcolo 3D di RFEM. Se determinati oggetti non devono trasmettere carichi, è possibile indicarli nella sezione 'Senza effetto su'.
Per il trasferimento di carico tramite strisce di superficie è possibile definire come RFEM deve eseguire la 'Distribuzione del carico'. Per impostazione predefinita il carico viene distribuito sugli oggetti adiacenti con un andamento variabile. Se invece si desidera un andamento del carico costante, selezionare la voce corrispondente nell'elenco. La differenza tra le due varianti è mostrata nell'immagine seguente.
Le possibilità di immissione per la 'Larghezza della striscia di superficie', il 'Fattore di smussatura' e il 'Numero minimo di strisce sulla superficie' sono accessibili quando nella sezione 'Opzioni' è attivata la casella di controllo Impostazioni di distribuzione avanzate. Le modifiche sono necessarie solo in caso di distribuzioni di carico problematiche. L'effetto di questi parametri è spiegato nell'articolo tecnico Impostazioni di distribuzione avanzate nelle superfici di trasferimento di carico con un esempio.
Per la superficie di trasferimento di carico è possibile anche definire un 'Peso della superficie', per considerare ad esempio il peso proprio di una vetratura.
Nella sezione 'Senza effetto su' è possibile escludere aste, linee e nodi dall'assorbimento del carico (ad esempio controventi). Definire gli oggetti singolarmente oppure selezionare un oggetto modello disposto parallelamente alle aste o linee non caricate.
Quando le linee di delimitazione della superficie sono definite, nella sezione 'Oggetti caricati' vengono indicate le aste, le linee e i nodi caricati. Se si desidera una distribuzione specifica del carico, attivare nella scheda 'Base' la casella di controllo Fattore di distribuzione del carico. È quindi possibile definire individualmente i coefficienti per gli oggetti che assorbono il carico nella scheda Fattori di distribuzione del carico.
Per il trasferimento di carico tramite strisce di superficie è possibile considerare lEccentricità dell'asta' o la 'Distribuzione della sezione' per acquisire correttamente la posizione geometrica di un'asta o il suo andamento (vedere capitolo Sezione). La casella di controllo 'Trascurare l'equilibrio dei momenti' non è attivata per impostazione predefinita. In questo modo il momento derivante dai carichi di superficie viene formato rispetto al baricentro e confrontato con il momento derivante dai carichi di asta rispetto al baricentro. Per i carichi nodali questa opzione non ha tuttavia alcun significato. L'immagine seguente mostra come un carico lineare libero viene distribuito sulle aste opposte con e senza considerazione dell'equilibrio dei momenti.
Controventamento
Con questo tipo di rigidezza è possibile considerare in modo semplice e realistico nella modellazione gli effetti stabilizzanti di lastre nervate, travi di colmo e controventi.
Una superficie di controventamento non viene considerata come oggetto con effetto di rigidezza. Essa rappresenta piuttosto la base geometrica per definire le aste e gli oggetti situati nella superficie di controventamento e determinare il loro effetto stabilizzante. Per questo motivo, in una superficie di controventamento la casella di controllo Disattivare per il calcolo è attivata automaticamente e non può essere disattivata.
I criteri della superficie di controventamento possono essere definiti nelle schede Controventamento, Parametri e Tolleranze.
Controventamento
Sono disponibili due tipi di controventamento che si differenziano fondamentalmente.
- Superficie
L'effetto stabilizzante di una lastra nervata viene rappresentato tramite una superficie ortotropa collegata alle aste connesse tramite accoppiamenti rigidi. La rigidezza dei mezzi di collegamento viene considerata tramite cerniere lineari negli accoppiamenti rigidi.
Con la 'Direzione di tenditura' si definisce l'orientamento della lastra nervata. Essa influenza l'orientamento della superficie ortotropa e viene considerata nella definizione delle proprietà di ortotropia. Le assi x e y si riferiscono al sistema di assi locale xyz della superficie.
Nella sezione 'Aste collegate alla superficie' vengono inserite automaticamente le aste considerate come travi trasversali e travi longitudinali della lastra nervata. Sono tutte le aste all'interno delle Tolleranze definite nel piano della superficie di controventamento e perpendicolari o parallele alla direzione di tenditura della lastra nervata.
La sezione 'Senza effetto su' offre la possibilità di escludere determinate aste dall'assegnazione automatica come aste connesse.
- Rilasci di asta
L'effetto stabilizzante di lastre nervate, travi di colmo o controventi viene acquisito tramite rilasci di asta sulle aste della superficie: per queste aste connesse vengono generati corrispondenti campi di taglio di asta e vincoli rotazionali.
Con la 'Direzione di controventamento' si definisce l'orientamento della lastra nervata o delle travi di colmo. Le assi x e y si riferiscono al sistema di assi locale xyz della superficie.
Nella sezione 'Aste supportate' vengono inserite automaticamente le aste che delimitano il campo estremo della superficie di controventamento o che si trovano più vicine a una delimitazione della superficie di controventamento oppure che si trovano in un campo interno della superficie. Valgono le Tolleranze nel piano della superficie di controventamento e per l'orientamento perpendicolare alla direzione di controventamento.
La sezione 'Senza effetto su' offre la possibilità di escludere determinate aste dall'assegnazione automatica come aste connesse.
Parametri
La scheda 'Parametri' è adattata al tipo di controventamento: per una superficie si definiscono le proprietà della lastra nervata e dei mezzi di collegamento, per un rilascio di asta si definiscono i componenti stabilizzanti.
- Superficie
Nella categoria 'Pannello' si definisce la lastra nervata. Nell'elenco è possibile selezionare un profilo già definito o creare una lastra nervata con l'opzione 'Nuova sezione'. Utilizzare a tal fine la libreria accessibile con il pulsante
. Dai parametri della sezione vengono assunte automaticamente le proprietà necessarie per la superficie ortotropa. Vengono utilizzate per uno spessore con il tipo di spessore Ortotropia formale e il tipo di ortotropia 'Lastra nervata'.
Nella categoria 'Giunti longitudinali' si definisce se le lastre nervate sono disposte regolarmente o irregolarmente. Per ogni zona tra due giunti longitudinali adiacenti viene creata una superficie ortotropa separata. Queste superfici sono collegate ai giunti longitudinali tramite cerniere lineari. La rigidezza del collegamento del giunto longitudinale viene considerata tramite le rigidezze a molla definite nelle cerniere lineari, che derivano dalla deformabilità dei mezzi di collegamento selezionati nella categoria 'Fissazione del giunto longitudinale'. Le posizioni dei giunti longitudinali sono dedotte automaticamente dalla disposizione delle lastre nervate.
LEccentricità' descrive la posizione della lastra nervata rispetto alle travi trasversali connesse. Con l'opzione 'Sopra', ad esempio, la lastra nervata viene disposta in modo che il suo lato inferiore si trovi sul lato superiore delle travi trasversali.
Nella categoria 'Pannello - Fissazione alle travi trasversali' si definiscono i parametri per il collegamento della superficie ortotropa alle travi trasversali. Esso avviene tramite accoppiamenti rigidi. La cerniera lineare degli accoppiamenti rigidi rappresenta la rigidezza del collegamento, compreso l'influsso della deformazione del profilo. Per la fissazione della lastra nervata alle travi trasversali sono disponibili mezzi di collegamento selezionati.
Per una lastra nervata in posizione negativa è possibile definire se la lastra è fissata all'ala inferiore o all'ala superiore. Per lastre nervate in posizione positiva la fissazione avviene sempre all'ala inferiore.
Il collegamento della superficie ortotropa alle travi longitudinali avviene anch'esso tramite accoppiamenti rigidi con cerniere lineari, che derivano dalle rigidezze dei mezzi di fissazione. Nella categoria 'Pannello - Fissazione alle travi longitudinali' sono disponibili alcuni mezzi di collegamento tra cui scegliere.
Nella categoria 'Fissazione del giunto longitudinale' si indicano i mezzi di collegamento per i giunti longitudinali. Anche qui sono disponibili nella lista determinati tipi.
- Rilascio di asta
Selezionare quali componenti contribuiscono al calcolo alla stabilizzazione. Oltre ai componenti 'Lastra nervata', 'Travi di colmo' e 'Controventi' è disponibile anche l'opzione 'Rigidezza manuale'. Le lastre nervate e le travi di colmo si escludono reciprocamente. I controventi possono invece essere combinati sia con lastra nervata sia con travi di colmo.
Nella categoria 'Dimensioni' si definisce la geometria. La lunghezza del campo di taglio è derivata per impostazione predefinita dalla geometria della superficie di controventamento, ma può anche essere adattata manualmente; in entrambi i casi, nella categoria 'Lastra nervata' deve essere attivata l'opzione 'Considerare come campo di taglio'. Anche la distanza tra le travi è preimpostata automaticamente come distanza massima tra le aste del campo interno ed estremo. La definizione manuale è anch'essa possibile.
LEccentricità' descrive la posizione della lastra nervata rispetto alle aste connesse. Con l'opzione 'Sopra', ad esempio, la lastra nervata viene disposta in modo che il suo lato inferiore si trovi sul lato superiore delle aste.
Nella categoria 'Lastra nervata' è possibile definire i parametri della lastra nervata. Se si attiva l'opzione 'Considerare come vincolo rotazionale', il programma genera per le aste dei campi estremi e interni un rilascio di asta con la non linearità Φx Vincolo rotazionale attorno a x. Con l'opzione 'Considerare come campo di taglio' viene generato per le aste dei campi estremi e interni un rilascio di asta con la non linearità Campo di taglio in y o z. La direzione deriva dall'asse locale dell'asta che giace nella superficie di controventamento.
Per una lastra nervata è possibile selezionare nell'elenco 'Sezione e materiale' un profilo già definito o creare una lastra nervata con l'opzione 'Nuova sezione'. Utilizzare a tal fine la libreria accessibile con il pulsante
. Definire quindi i ulteriori parametri come tipo di fissazione, determinazione della rigidezza di collegamento, rigidezza dell'asta e della lastra ecc. Se la casella di controllo 'Considerare come campo di taglio' è attivata, viene considerata inoltre la rigidezza del campo di taglio secondo DIN 18807.
Per rilasci di asta delle travi di colmo, selezionare nella categoria 'Travi di colmo' il profilo delle travi di colmo e indicare la distanza tra le travi di colmo. Considerando ulteriori parametri delle rigidezze, per le aste dei campi estremi e interni vengono generati rilasci di asta con la non linearità Φx Vincolo rotazionale attorno a x.
Nella categoria 'Controventi' si seleziona il profilo delle diagonali e dei montanti. Indicare la distanza dei montanti e il numero dei controventi. Da questi parametri vengono generati per le aste dei campi estremi e interni rilasci di asta con la non linearità Campo di taglio in y o z. La direzione deriva dall'asse locale dell'asta che giace nella superficie di controventamento.
Tolleranze
Nella scheda 'Tolleranze' si definiscono le deviazioni ammesse secondo le quali le aste vengono assegnate automaticamente alle travi longitudinali e trasversali (tipo di controventamento Superficie) rispettivamente al campo estremo e al campo interno (tipo di controventamento Rilascio di asta).
Le 'Tolleranze per aste nel piano' determinano entro quale deviazione le aste sono considerate come giacenti nella superficie di controventamento. Questo valore può essere definito in modo assoluto come distanza o in modo relativo tramite un angolo. Analogamente è possibile definire le 'Tolleranze per aste parallele/perpendicolari all'asse x della superficie'.
Superficie dei risultati
Questo tipo di rigidezza permette di convertire tensioni e forze di altri oggetti in sollecitazioni interne della superficie tramite un procedimento di integrazione. È possibile determinare ad esempio per un corpo volumetrico le tensioni membranali e flessionali, che devono essere dimensionate con diversi coefficienti di sicurezza parziale.
Ulteriori criteri per l'integrazione dei risultati possono essere definiti nella scheda Superficie dei risultati.
Nella sezione 'Integrare tensioni e forze' selezionare se i risultati devono essere acquisiti solo in relazione agli oggetti oppure anche geometricamente all'interno di una zona. Nella sezione 'Includere oggetti' definire le superfici e i corpi volumetrici rilevanti. In alternativa selezionare 'Tutti' gli oggetti ed escludere quindi nella sezione 'Esclusi dagli oggetti inclusivi' determinati elementi.
Se i risultati di una determinata zona "al di sotto" e "al di sopra" della superficie devono essere integrati, è possibile definire le distanze rilevanti nella sezione 'Parametri'. Esse si riferiscono all'asse z locale perpendicolare al piano della superficie.
Tipo di geometria
Il tipo di geometria descrive il concetto formale di una superficie. Nell'elenco sono disponibili diversi tipi tra cui scegliere.
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Quadrilatero
Questo tipo di superficie descrive nella sua forma di base una superficie generica a quattro lati. Come linee di delimitazione sono possibili linee rette, archi, polilinee e spline. In questo modo è possibile modellare superfici curve.
Definire nella finestra di dialogo 'Nuova superficie' le linee di delimitazione della superficie quadrilatera. Se la superficie chiusa non può essere formata da quattro linee, sono ammesse anche più di quattro linee. Nella scheda 'Quadrilatero' vengono quindi indicati i quattro nodi d'angolo. Essi determinano come viene tesa la superficie curva.
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Rotazione
Una superficie di rotazione nasce quando una linea esistente viene ruotata attorno a un asse. RFEM genera la superficie dai nodi iniziale e finale nonché dai punti di definizione ruotati della linea. In tal modo vengono generate nuove linee.
Definire nella scheda 'Rotazione' la linea di delimitazione della superficie che deve essere ruotata. Indicare l'angolo di rotazione α. I punti dell'asse di rotazione possono essere determinati tramite le coordinate o graficamente con il pulsante
.
Tubo
Una superficie tubolare nasce quando la linea mediana del tubo viene ruotata con un raggio attorno a questo asse. In tal modo vengono generate nuove linee: due cerchi e una polilinea parallela all'asse del tubo.
Definire nella scheda 'Tubo' il raggio del tubo. Questo valore descrive la distanza dall'asse del tubo al centro della superficie. Indicare il numero della linea mediana oppure selezionare l'asse del tubo graficamente con il pulsante
.
Se la sezione del tubo è conica, attivare la casella di controllo 'Raggio differente all'estremità' e indicare il valore corrispondente.
Spline con curvatura minima
Con questo tipo di geometria è possibile creare una superficie curva tramite nodi di controllo che giacciono sulla superficie o anche al di fuori di essa. In questo modo è possibile modellare ad esempio superfici del terreno.
Definire il 'Sistema di coordinate' del piano di riferimento e indicare le 'Coordinate dei punti campione nel sistema di coordinate'. Questi punti rappresentano i nodi di controllo della superficie spline. Definire quindi le 'Linee di delimitazione del piano di riferimento' oppure selezionare le linee graficamente tramite il pulsante
.
Spessore con materiale
Selezionare nell'elenco degli spessori esistenti il tipo adatto oppure definire un nuovo spessore (vedere capitolo Spessori).
Materiale dello spessore
Il materiale dello spessore definito nella sezione superiore è preimpostato. Se necessario, è possibile selezionare nella lista dei materiali già creati un altro materiale o definirne uno nuovo (vedere capitolo Materiali). Questo materiale viene quindi assegnato al tipo di spessore.
Cerniere
Con una cerniera è possibile controllare la trasmissione delle sollecitazioni interne lungo una linea della superficie (vedere capitolo Rilasci lineari). Dopo aver attivato la casella di controllo è possibile definire il tipo di cerniera nella scheda 'Cerniere'.
Appoggi
Se la superficie è su base elastica, è possibile nella scheda 'Appoggi' selezionare o definire nuovamente l'appoggio della superficie (vedere capitolo Appoggi di superficie).
Rilascio
Per scollegare il modello alla superficie, è possibile nella scheda 'Rilascio' selezionare o definire un rilascio di superficie (vedere capitolo Rilasci di superficie).
Eccentricità
Con un'eccentricità è possibile modellare un dislivello dell'intera superficie (vedere capitolo Eccentricità di superficie). È possibile definire il tipo di dislivello nella scheda 'Eccentricità'.
Fattore di distribuzione del carico
Per una superficie del tipo Trasferimento di carico è possibile definire fattori di distribuzione per gli oggetti portanti del carico. Attivando la casella di controllo è possibile assegnare questi fattori individualmente in una nuova scheda.
Gli oggetti caricati della superficie di trasferimento del carico sono preimpostati in una riga. A ogni oggetto è assegnato il fattore 1.00, in modo che tutti gli oggetti contribuiscano in modo uniforme al trasferimento del carico. Se si desidera una distribuzione specifica, fare clic nella successiva riga libera e selezionare la linea o l'asta. Assegnare quindi il 'Fattore di distribuzione' appropriato.
Raffinamento della maglia
La dimensione delle maglie della rete FEM può essere adattata alla geometria della superficie (vedere capitolo Raffinamenti della maglia delle superfici). È quindi indipendente dalle impostazioni generali della maglia. Nella scheda 'Raffinamento della maglia' è possibile selezionare o definire il raffinamento della maglia della superficie.
Assi specifici
Ogni superficie possiede un sistema di coordinate locale. Di norma è orientato parallelamente alle assi globali. Il sistema di coordinate può però essere definito anche in modo personalizzato – separatamente per immissione e output.
Assi di immissione
L'orientamento degli assi di immissione è importante ad esempio per le proprietà di ortotropia e di base elastica o per l'effetto di un carico di superficie.
L'elenco nella sezione 'Categoria' offre diverse possibilità per adattare la posizione degli assi:
- Rotazione angolare: rotazione degli assi xy della superficie attorno all'asse z con l'angolo α
- Asse parallelo a linee: orientamento dell'asse x o y a una linea
- Asse diretto verso punto: orientamento dell'asse x o y verso il punto di intersezione di una linea con la superficie
- Asse parallelo al sistema di coordinate: orientamento degli assi a un sistema di coordinate definito dall'utente
È possibile determinare graficamente gli oggetti di riferimento tramite il pulsante
.
La casella di controllo 'Invertire l'asse locale z' permette di orientare gli assi z e y in senso opposto.
Assi dei risultati
Attualmente l'orientamento degli assi dei risultati è possibile solo 'Identico agli assi di immissione'.
Griglia per i risultati
Ogni superficie è coperta da una griglia utilizzata per l'output dei risultati nelle tabelle. Essa permette un output indipendente dalla rete FEM in punti risultato regolari e adattabili.
Come standard è preimpostata una griglia cartesiana della superficie con una distanza uniforme dei punti della griglia di 0,5 m in entrambe le direzioni. Se necessario, è possibile adattare qui le 'Distanze della griglia' in direzione x (b) e in direzione y (h), eseguire una 'Rotazione della griglia' o modificare lOrigine della griglia'. Per superfici circolari il tipo di griglia 'Polare' offre un'alternativa per l'output numerico dei risultati.
Se nella sezione 'Opzioni' è attivata la casella di controllo 'Adattare automaticamente', i punti della griglia vengono adeguati alla nuova geometria al variare della superficie.
Nella sezione 'Punti' è possibile verificare le coordinate dei punti della griglia generati. Modifiche nella tabella non sono possibili.
Oggetti integrati
RFEM riconosce di norma automaticamente tutti gli oggetti che giacciono nella superficie ma non sono stati utilizzati per la definizione della superficie.
I numeri dei nodi, delle linee e delle aperture appartenenti alla superficie sono indicati nella sezione 'Oggetti integrati nella superficie'.
Se un oggetto non viene riconosciuto, è opportuno integrarlo manualmente: disattivare il Riconoscimento automatico degli oggetti. I campi di immissione nella sezione 'Oggetti integrati nella superficie' sono ora accessibili. Aggiungere il numero dell'oggetto mancante oppure utilizzare il pulsante
per determinare graficamente l'oggetto.
Attivare il trasferimento di carico
La casella di controllo permette di distribuire il carico della superficie – indipendentemente dal suo tipo di rigidezza – tramite una superficie di trasferimento di carico. In tal modo la superficie agisce nel modello tramite la sua rigidezza. La distribuzione del carico sugli oggetti adiacenti viene invece controllata tramite i parametri che si possono definire nella scheda Trasferimento di carico. Questa funzione è rilevante principalmente per superfici del tipo di spessore Piastra trave.
Disattivare per il calcolo
La casella di controllo offre la possibilità di non considerare la superficie nel calcolo, ad esempio per simulare stati di costruzione o analizzare una variante di modellazione. In questo caso la rigidezza, le condizioni al contorno e i carichi della superficie non sono applicati.
Informazioni | Analitico
Questa sezione viene visualizzata non appena si sono definite le linee di delimitazione della superficie. Offre una panoramica delle proprietà importanti della superficie come area, volume e massa nonché posizione del baricentro e orientamento della superficie. Le aperture sono considerate di conseguenza.
Le proprietà importanti di una superficie possono essere verificate anche nel pannello Proprietà oggetto (vedere immagine Proprietà oggetto di un'asta):
- Selezionare la superficie.
- Attivare il pannello 'Proprietà oggetto' tramite il pulsante
nella barra degli strumenti.
