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2018-02-20

Gas ideale nell'analisi strutturale

Lo stato di un gas chiuso può essere descritto dalle presunzioni dell'equilibrio termodinamico. Ciò risulta nella seguente equazione generale del gas:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
dove le variabili di stato
p è la pressione
V è il volume
n è la quantità di sostanza
R è la costante universale del gas
T è la temperatura

Proprietà dei gas ideali

Mantenendo costanti determinate variabili di stato nell'equazione generale dei gas, si ottengono le proprietà speciali del gas ideale. La familiarità con queste proprietà consente di utilizzare i gas ideali nell'analisi strutturale e aiuta a simulare determinati stati di carico di conseguenza.

Cambio di stato isotermico (Boyle-Mariotte)
Se si mantengono costanti le variabili T e n e si aumenta la pressione applicata p, si riduce il volume V dell'unità del gas considerato.

Si applica quanto segue:

Cambio di stato isobarico (Gay-Lussac)
Se si mantengono le quantità costanti e si aumenta la temperatura di azione T, si aumenta il volume V dell'unità del gas considerato.

Si applica quanto segue:

Cambiamento di stato isocoro (amotoni)
Se i valori V e n sono mantenuti costanti e si aumenta la temperatura di azione T, la pressione p della relativa unità del gas aumenta.

Si applica quanto segue:

Utilizzare nell'analisi strutturale

Nell'analisi strutturale, i gas chiusi sono solitamente utilizzati per il trasferimento di forze esterne. Il requisito qui è che una forza agente localmente in una certa posizione sul guscio solido può essere trasportata attraverso il gas intrappolato a tutti gli altri lati del guscio solido.

Questa proprietà viene utilizzata, ad esempio, per isolare i vetri o i cuscini gonfiati della membrana. In entrambi i casi, il guscio solido costituito da elementi strutturali è descritto e riempito con un gas. Per i vetri isolanti, il limite di volume è costituito da elementi a guscio rigido e diaframmi a membrana realizzati con elementi di membrana non rigidi. In entrambi i casi, tuttavia, il vento o il carico da neve attacca un lato della limitazione del volume e viene trasferito tramite il gas incluso ai limiti di volume adiacenti.

Poiché la temperatura non cambia improvvisamente nelle situazioni di carico considerate nel settore edile, un gas ideale con proprietà di stato isotermico viene solitamente simulato nel guscio solido.

Implementazione in RFEM

I solidi possono essere definiti in RFEM. Questi volumi sono descritti in relazione alle superfici circostanti. In una cella così solida costituita da guscio circostante e componenti solide, è possibile immettere una definizione di volume con il tipo Gas. Il volume di gas risultante richiede una descrizione del gas incluso e una definizione delle variabili dello stato atmosferico. Le variabili di stato atmosferico non hanno alcun effetto sul solido incluso e descrivono solo una situazione iniziale per la simulazione.

Nei casi di carico assegnati, si può applicare un carico solido corrispondente per ciascun volume di gas. Per simulare i solidi aperti o chiusi, è possibile specificare le pressioni / i solidi risultanti o le variazioni di pressione / volume.

Riferimento

[1]Wikipedia: gas ideale
[2]Wikipedia: Legge del gas ideale
[3]Wagner, R .: Bauen mit Seilen und Membranen. Berlino: Beuth, 2016

Autore

Il Sig. Niemeier è responsabile dello sviluppo di RFEM, RSTAB, RWIND Simulation e nel settore delle strutture a membrana. È anche responsabile del controllo qualità e dell'assistenza clienti.

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