Instabilità | gennaio 2022

Un'interruzione del calcolo a causa di un sistema instabile può avere diverse cause. Da un lato, può segnalare un'instabilità "reale" dovuta a sovraccarico, dall'altro, anche errori di modellazione possono essere responsabili di questo messaggio di errore. Di seguito, viene presentato un possibile approccio per individuare la causa dell'instabilità.

1. Controllo della modellazione

Per prima cosa, verificare che il sistema sia corretto dal punto di vista della modellazione. Per fare ciò, si possono utilizzare i controlli del modello forniti da RFEM/RSTAB (Strumenti → Controllo del modello). Grazie a queste opzioni, si possono trovare ed eventualmente eliminare nodi identici e aste sovrapposte.

FAQ

FAQ 003045 | Il mio modello è instabile. Quale potrebbe essere la causa?

Opzioni di verifica modello

Inoltre, è possibile analizzare la struttura, ad esempio, solo per il peso proprio in un caso di carico secondo la teoria del I ordine. Se si ottengono risultati, la struttura è stabile dal punto di vista della modellazione. Se invece non è questo il caso, sono elencate di seguito le cause più comuni (vedi anche il video "Controllo del modello" nella sezione "Download").

Definizione errata dei vincoli / Assenza di vincoli

Questo può portare a instabilità poiché il sistema non è vincolato in tutte le direzioni. Pertanto, è necessario che le condizioni di vincolo siano bilanciate con il sistema e le condizioni al contorno esterne. Anche i sistemi staticamente indeterminati possono portare a interruzioni del calcolo a causa della mancanza di condizioni al contorno.

Cinematismo - Trave a campata singola senza supporto rigido

Torsione degli elementi attorno al proprio asse

Se le aste torcono attorno al proprio asse, cioè l'asta non è vincolata attorno al proprio asse, questo può portare a instabilità. Spesso, la causa risiede nelle impostazioni delle cerniere dei nodi delle aste. Può accadere che siano state introdotte cerniere di torsione sia nel nodo iniziale che finale. Una finestra di avviso al momento dell'avvio del calcolo avvisa l'utente al riguardo.

Immissione degli svincoli torsionali sui nodi iniziali e finali

Assenza di connessione tra le aste

Soprattutto nei modelli più grandi e complessi, può capitare che alcune aste non siano collegate tra loro e quindi "fluttuino nell'aria". Anche la dimenticanza di aste che si incrociano, che in realtà dovrebbero tagliarsi, può portare a instabilità. Un aiuto è dato dal Controllo del modello "Aste incrociate non collegate", che cerca aste che si incrociano ma non hanno un nodo comune nel punto di intersezione.

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Risultato della verifica del modello per le aste incrociate

Assenza di nodi comuni

I nodi sembrano essere nella stessa posizione, ma a un'osservazione più attenta, risultano minimamente diversi. Cause comuni sono importazioni CAD, che però possono essere risolte tramite il Controllo del modello.

Risultato della verifica del modello per nodi identici

Formazione di catene articolate

Troppe cerniere di una barra in un nodo possono causare una catena articolata, che porta ad un'interruzione del calcolo. In ogni nodo si possono definire solo n-1 cerniere con lo stesso grado di libertà rispetto al sistema di coordinate globale, dove "n" è il numero di aste collegate. Lo stesso vale per le cerniere di linea.

Cinematismo dovuto alla catena di cerniere

2. Controllo dell'irrigidimento

Una mancanza di irrigidimento porta anch'essa a interruzioni del calcolo dovute a instabilità. È quindi sempre necessario controllare se la struttura è adeguatamente irrigidita in tutte le direzioni.

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Tutore mancante

3. Problemi numerici

L'immagine 08 mostra un esempio a questo proposito. Si tratta di un telaio incernierato rinforzato da tiranti. A causa delle riduzioni delle colonne dovute ai carichi verticali, i tiranti ricevono piccole forze di compressione nel primo ciclo di calcolo. Vengono quindi rimossi dal sistema (poiché possono portare solo tensione). Nel secondo ciclo di calcolo, il modello senza questi tiranti risulta instabile. Esistono diversi modi per risolvere questo problema. È possibile assegnare una precompressione ai tiranti (carico dell'asta) per eliminare le piccole forze di compressione, assegnare una piccola rigidezza alle aste o rimuovere le aste una alla volta nel calcolo (vedi immagine 08).

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Calcolo dei parametri

4. Individuazione della causa di un'instabilità

Controllo automatico del modello con output grafico

Per ottenere una rappresentazione grafica della causa di un'instabilità, può essere utile il modulo RF-STABILITY (per RFEM 5) o il componente aggiuntivo Stabilità della struttura (per RFEM 6). Con l'opzione "Individuazione della forma propria del modello instabile" (vedi immagine 09) o "Calcolare senza carico per verifica di instabilità tramite forma propria", si possono calcolare sistemi apparentemente instabili. Si esegue un'analisi agli autovalori sui dati strutturali, in modo che l'instabilità del componente interessato venga rappresentata graficamente come risultato.

Visualizzazione grafica di instabilità

Problema di biforcazione

Se i casi di carico o le combinazioni di carico possono essere calcolati secondo la teoria del I ordine e il calcolo si interrompe solo a partire dalla teoria del II ordine, c'è un problema di stabilità (fattore di carico critico inferiore a 1,00). Il fattore di carico critico indica con quale fattore deve essere moltiplicato il carico affinché il modello diventi instabile sotto il carico associato (ad es. per instabilità). Un fattore di carico critico inferiore a 1,00 indica che il sistema è instabile. Solo un fattore di carico critico positivo maggiore di 1,00 implica che il carico moltiplicato per questo fattore porta al collasso per instabilità del sistema stabile. Per individuare il "punto debole", si consiglia il seguente approccio, che richiede il modulo RSBUCK (RSTAB 8) o RF-STABILITY (RFEM 5) o il componente aggiuntivo Stabilità della struttura (RFEM 6 / RSTAB 9) (vedi anche il video "Problema di biforcazione" nella sezione "Download").

Per prima cosa, il carico della combinazione di carico interessata dovrebbe essere ridotto finché la combinazione di carico diventa stabile. A tal fine, è utile il fattore di carico nei parametri di calcolo della combinazione di carico. Ciò corrisponde anche a una determinazione manuale del fattore di carico critico, nel caso in cui i moduli o i componenti aggiuntivi sopra menzionati non siano disponibili. Per elementi strutturali puramente lineari, può essere già sufficiente calcolare la combinazione di carico secondo la teoria del I ordine e calcolarla direttamente nel modulo o determinare il carico critico con il componente aggiuntivo. Sulla base della figura di cespuglio o instabilità grafica di questa combinazione di carico, è possibile individuare il "punto debole" nel sistema e adottare misure correttive. Affinché, oltre alle forme proprie globali, vengano registrate anche le modalità di collasso locali delle aste, è necessario attivare la divisione delle aste nel modulo RF-STABILITY (RFEM 5) o impostare la divisione per aste reticolari almeno a "2" nel modulo RSBUCK (RSTAB 8). Per il componente aggiuntivo Stabilità della struttura (RFEM 6 / RSTAB 9), verificare se la divisione delle aste è attivata.

Vedi link sotto queste FAQ.

Attivazione della divisione dell'asta in RF-STABILITY

Divisione aste in RSBUCK