Un'interruzione di calcolo dovuta a un sistema instabile può avere diverse cause. Da un lato, può indicare una "reale" instabilità dovuta al sovraccarico del sistema strutturale; dall'altro, anche imprecisioni nella modellazione possono essere responsabili di questo messaggio di errore. Nel testo seguente, è possibile trovare una possibile procedura per individuare la causa dell'instabilità.
1. Verifica della modellazione
Innanzitutto, è necessario verificare la correttezza della modellazione del sistema strutturale. A tale scopo, è possibile utilizzare gli strumenti di verifica del modello disponibili in RFEM o RSTAB (Strumenti → Verifica del modello). In questo modo, è possibile individuare, ad esempio, nodi identici o elementi sovrapposti e correggerli, se necessario.
Inoltre, è possibile calcolare la struttura soggetta a carico permanente puro in un caso di carico, ad esempio in base all'analisi statica lineare. Se vengono visualizzati i risultati, la struttura risulta stabile rispetto alla modellazione. In caso contrario, le cause più comuni sono elencate di seguito:
- Definizione errata / mancanza dei vincoli esterni
Ciò può portare a instabilità, poiché la struttura non è vincolata in tutte le direzioni. Pertanto, le condizioni di vincolo devono essere in equilibrio con il sistema strutturale e con le condizioni al contorno esterne. I sistemi staticamente sottodeterminati possono anche portare ad interruzioni di calcolo dovute alla mancanza di condizioni al contorno.
- Torsione degli elementi attorno al proprio asse
Se gli elementi ruotano attorno al proprio asse, ovvero un elemento non è vincolato attorno al proprio asse, ciò può portare a instabilità. Ciò è spesso causato dalle impostazioni delle cerniere delle aste. Pertanto, può accadere che i vincoli interni torsionali vengano immessi sia nel nodo iniziale che in quello finale.
- Collegamento mancante degli aste
In particolare, nel caso di modelli grandi e complessi, può accadere rapidamente che alcune aste non siano collegate tra loro, risultando così "fluttuanti". Inoltre, se si dimentica di incrociare le aste che dovrebbero intersecarsi tra loro, anche questo può portare a instabilità. Una soluzione fornisce il controllo del modello "Incrocio di aste non collegate", che cerca gli aste che si incrociano, ma non hanno un nodo comune nel punto di intersezione.
- Nessun nodo comune
I nodi sembrano trovarsi nella stessa posizione, ma a un esame più attento, si discostano leggermente l'uno dall'altro. Questo è spesso causato dalle importazioni CAD ed è possibile correggerlo utilizzando il controllo del modello.
- Formazione di una catena di cerniere
Troppe cerniere terminali di un'asta su un nodo possono causare una catena di cerniere che porta all'interruzione del calcolo. Per ciascun nodo, è possibile definire solo n-1 cerniere con lo stesso grado di libertà rispetto al sistema di coordinate globale, dove "n" è il numero di aste connesse. Lo stesso vale per i rilasci lineari.
2. Verifica dell'irrigidimento
La mancanza dell'irrigidimento può anche causare interruzioni del calcolo a causa di instabilità. Pertanto, è sempre necessario verificare che la struttura sia sufficientemente irrigidita in tutte le direzioni.
3. Problemi numerici
Un esempio è mostrato di seguito: un telaio incernierato è irrigidito da aste in trazione. A causa delle contrazioni delle colonne dovute ai carichi verticali, le aste di trazione ricevono piccole forze di compressione nella prima fase di calcolo. Vengono rimossi dalla struttura (poiché può essere assorbita solo la trazione). Nella seconda fase di calcolo, il modello è instabile senza queste aste in trazione.
Esistono diversi modi per risolvere questo problema. È possibile applicare una precompressione (carico delle aste) sulle aste in trazione per "eliminare" le piccole forze di compressione, per assegnare una piccola rigidezza alle aste o anche per rimuovere le aste una alla volta dal calcolo. L'impostazione di calcolo è automatizzata in RSTAB 9 e può essere attivata facoltativamente in RFEM 6.
4. Individuazione delle cause di instabilità
- Verifica automatica del modello con visualizzazione grafica dei risultati
Per ottenere la visualizzazione grafica della causa di instabilità, il componente aggiuntivo "Stabilità delle strutture" può essere d'aiuto. Selezionando "Calcola autovettore per modello instabile..." è possibile calcolare la struttura instabile. Viene eseguita un'analisi agli autovalori utilizzando i dati strutturali in modo che l'instabilità del componente strutturale interessato venga visualizzata graficamente.
- Problema del carico critico
Se i casi o le combinazioni di carico vengono calcolati secondo l'analisi geometricamente lineare e il calcolo viene interrotto solo a partire dall'analisi del secondo ordine, si verifica un problema di stabilità (coefficiente di carico critico inferiore a 1,00). Il coefficiente di carico critico indica il K per cui il carico deve essere moltiplicato affinché il modello diventi instabile (ad esempio, instabilità) sotto il carico corrispondente. Di conseguenza: un fattore di carico critico inferiore a 1,00 significa che la struttura è instabile. Solo un K di carico critico positivo superiore a 1,00 significa che il carico dovuto alle forze assiali predefinite moltiplicato per questo k porta alla rottura per instabilità della struttura stabile. Per poter individuare il "punto debole", si consiglia la seguente procedura, che richiede il componente aggiuntivo "Stabilità delle strutture".
Innanzitutto, è necessario ridurre il carico della combinazione di carico interessata fino a quando la combinazione di carico non diventa stabile. Il k di carico nei parametri di calcolo della combinazione di carico può essere d'aiuto. Ciò corrisponde anche alla determinazione manuale del coefficiente di carico critico se l'add-on "Stabilità delle strutture" non è disponibile. Per elementi strutturali puramente lineari, potrebbe essere sufficiente calcolare la combinazione di carico in base all'analisi statica lineare e determinare il carico critico utilizzando il componente aggiuntivo. Utilizzando la modalità di instabilità grafica di questa combinazione di carico, è possibile individuare il punto problematico nella struttura e risolverlo.