Con le superfici viene descritta la geometria di componenti piani o curvi, le cui dimensioni superficiali sono notevolmente più grandi dei loro spessori. La rigidezza di una superficie risulta dal suo materiale e dal suo spessore. Quando si genera la mesh EF, sulle superfici vengono creati elementi 2D. Questi sono applicati per il calcolo nell'asse baricentrico della superficie.
Per l'inserimento di una superficie, è possibile utilizzare le 'Linee al contorno' esistenti. Si può anche utilizzare l'inserimento diretto, con cui il programma genera automaticamente le linee di definizione.
La scheda Base gestisce i parametri fondamentali della superficie. Selezionando le caselle di controllo, vengono aggiunte ulteriori schede in cui è possibile inserire i dati specifici.
Tipo di rigidezza
Il tipo di rigidezza controlla il modo in cui le forze interne possono essere assorbite o quali proprietà sono presupposte per la superficie.
Nell'elenco sono disponibili diversi tipi di rigidezza.
Norma
La superficie trasferisce momenti e forze di membrana. 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 ha rigidezza. Questo tipo deve essere utilizzato per le superfici di contorno di un solido.
Rigido
Con questo tipo di rigidezza si possono rappresentare superfici molto rigide per modellare un collegamento rigido tra gli oggetti.
Membrana
La superficie ha una rigidezza uniforme in tutte le direzioni. Tuttavia, vengono trasferite solo le forze di membrana nello stato di trazione (nx, ny) e le forze di taglio della membrana (nxy). In caso di forze di compressione e taglio e momenti, gli elementi di superficie interessati non sono considerati.
Membrana senza trazione
Vengono trasferiti solo momenti e forze di membrana nello stato di compressione. Per le forze di membrana che causano trazione, si verifica un cedimento degli elementi di superficie interessati (ad esempio: portata del foro).
Trasferimento del carico
Con questo tipo, i carichi di superficie possono essere applicati ad aree che non sono riempite con superfici, come i carichi del vento su finestre o le aste di una struttura. Il carico di questa superficie è distribuito ai bordi o agli oggetti integrati. Se vengono generate forze sulle aste, il carico viene convertito nelle direzioni globali in relazione alle lunghezze reali delle aste (direzioni del carico XL, YL, ZL). La superficie stessa non ha rigidezza.
I criteri per il trasferimento del carico possono essere definiti nella scheda Trasferimento del carico.
La 'Direzione di trasferimento del carico' descrive in quale direzione o direzioni il carico deve essere applicato agli oggetti. L'elenco offre opzioni per una distribuzione isotropa basata su un calcolo FEM e per una disposizione ortotropa su strisce di superficie, che sono utilizzate per determinare la larghezza dell'area di carico in uno o entrambi gli assi locali della superficie.
Con l'opzione 'Isotropo | FEM', RFEM utilizza un modello parziale separato per determinare la distribuzione del carico, in cui la superficie è rappresentata da un elemento di superficie rigido. Tutti gli oggetti integrati nella superficie (aste, supporti di linea e nodali, linee collegate agli elementi del modello, accoppiamenti o nodi, ecc.) sono sostituiti da linee rigide o supporti nodali rigidi. Le reazioni di questo modello parziale vengono poi utilizzate come carichi per il calcolo 3D di RFEM. Se determinati oggetti non devono trasferire carichi, è possibile specificarli nella sezione 'Senza effetto su'.
Per il trasferimento del carico tramite strisce di superficie, è possibile definire come RFEM deve eseguire la 'Distribuzione del carico'. Il carico è distribuito agli oggetti adiacenti con un andamento variabile per impostazione predefinita. Se invece si desidera ottenere un andamento del carico costante, selezionare la voce corrispondente nell'elenco. La differenza tra le due varianti è mostrata nell'immagine seguente.
Le opzioni di inserimento per la 'Larghezza della striscia di superficie', il 'Fattore di livellamento' e il 'Numero minimo di strisce sulla superficie' sono accessibili quando la casella di controllo Impostazioni di distribuzione avanzate è attivata nella sezione 'Opzioni'. Gli adattamenti sono necessari solo in caso di distribuzioni del carico problematiche. L'effetto di questi parametri è spiegato nell'articolo tecnico Impostazioni di distribuzione avanzate per le superfici di trasferimento del carico con un esempio.
Per la superficie di trasferimento del carico, è anche possibile definire un 'Peso della superficie', ad esempio per considerare il peso proprio di una vetrata.
Nella sezione 'Senza effetto su', è possibile escludere aste, linee e nodi dal trasferimento del carico (ad esempio, controventi). Definire gli oggetti singolarmente o selezionare un oggetto modello parallelo alle aste o linee senza carico.
Quando le linee al contorno della superficie sono definite, nella sezione 'Oggetti caricati' vengono indicati le aste, le linee e i nodi caricati. Se si desidera una distribuzione del carico specifica, selezionare la casella di controllo Fattore di distribuzione del carico nella scheda 'Base'. È quindi possibile definire individualmente i coefficienti per gli oggetti che trasferiscono il carico nella scheda Fattori di distribuzione del carico.
Con il trasferimento del carico tramite strisce di superficie, è possibile considerare lEccentricità dell'asta' o la 'Distribuzione della sezione trasversale' per rilevare correttamente la posizione geometrica di un'asta o il suo andamento (vedere il capitolo Sezione trasversale). La casella di controllo 'Ignora equilibrio dei momenti' non è attivata per impostazione predefinita. In questo modo, il momento dei carichi superficiali è formato rispetto al baricentro e confrontato con il momento dei carichi dell'asta rispetto al baricentro. Per i carichi nodali, tuttavia, questa opzione non ha rilevanza. L'immagine seguente mostra come un carico lineare libero viene distribuito alle aste opposte con e senza considerare l'equilibrio dei momenti.
Superficie risultato
Questo tipo di rigidezza consente di convertire tensioni e forze di altri oggetti in forze interne di superficie tramite un metodo di integrazione. In questo modo, ad esempio per un solido, è possibile determinare le tensioni di membrana e di flessione da progettare con diversi coefficienti parziali di sicurezza.
Ulteriori criteri per l'integrazione dei risultati possono essere definiti nella scheda Superficie risultato.
Nella sezione 'Integra tensioni e forze', selezionare se i risultati devono essere rilevati puramente in base all'oggetto o anche geometricamente all'interno di un'area. Nella sezione 'Includi oggetti', definire le superfici e i solidi rilevanti. In alternativa, selezionare 'Tutti' gli oggetti e poi escludere determinati elementi nella sezione 'Escluso da oggetti inclusivi'.
Se i risultati di una determinata area devono essere integrati "sotto" e "sopra" la superficie, è possibile definire le distanze rilevanti nella sezione 'Parametri'. Sono riferite 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.
Piano
In una superficie piana, tutte le linee al contorno giacciono su un piano. Tramite il pulsante dell'elenco sono accessibili diverse forme di superfici piane.
È possibile definire graficamente la superficie (dopo OK nella finestra di dialogo) disegnando un rettangolo, un cerchio, ecc. Se si seleziona il loro 'Contorno', RFEM riconosce automaticamente la superficie non appena è definito un numero sufficiente di linee al contorno.
Quadrango
Questo tipo di superficie descrive nella sua forma base una superficie generale a quattro lati. Come linee al contorno sono possibili linee rette, archi, polilinee e spline. Ciò consente di modellare superfici curve.
Nella finestra di dialogo 'Nuova superficie', definire le linee al contorno della superficie del quadrilatero. Se la superficie chiusa non può essere formata da quattro linee, sono consentite anche più di quattro linee. Nella scheda 'Quadrango' vengono quindi indicati i quattro nodi d'angolo. Controllano come viene generata la superficie curva.
Nurbs
Le superfici NURBS sono formate da quattro linee NURBS chiuse (vedere il capitolo Linee). Ciò consente di modellare quasi tutte le superfici a forma libera.
Nella finestra di dialogo 'Nuova superficie', definire le linee al contorno della superficie NURBS. Le coppie opposte di linee NURBS devono avere lo stesso numero di punti di controllo, in modo che l'ordine di queste linee NURBS sia "compatibile". Nella scheda 'NURBS' è quindi possibile influenzare la forma della superficie tramite i 'Pesi del punto di controllo'. Le coordinate del punto di controllo selezionato sono indicate nella sezione 'Coordinate - Punto di controllo'.
Rifilato
Quando le superfici si intersecano, è possibile generare rapidamente l'intersezione: selezionare le superfici e richiamare il menu contestuale. Sono disponibili diverse opzioni.
Con l'opzione 'Genera intersezione', viene generata solo la linea di intersezione. Se si seleziona una delle opzioni 'Dividi per intersezione', RFEM genera superfici parziali e assegna loro il tipo 'Rifilato'. È quindi possibile eliminare i componenti, ad esempio se si desidera rimuovere le superfici sporgenti.
Rotazione
Una superficie di rotazione viene creata quando una linea esistente viene ruotata attorno a un asse. RFEM genera la superficie dai nodi iniziale e finale e dai punti di definizione ruotati della linea. Vengono generate nuove linee.
Nella scheda 'Rotazione', definire la linea al contorno della superficie che deve essere ruotata. Immettere 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 del tubo viene creata quando la linea mediana del tubo viene ruotata attorno a questo asse in un raggio. Vengono generate nuove linee: due cerchi e una polilinea parallela all'asse del tubo.
Nella scheda 'Tubo', definire il raggio del tubo. Questo valore descrive la distanza dall'asse del tubo al centro della superficie. Inserire il numero della linea mediana o selezionare graficamente l'asse del tubo con il pulsante
.
Se la sezione trasversale del tubo è conica, attivare la casella di controllo 'Raggio diverso alla fine' e inserire il valore corrispondente.
Spline con curvatura minima
Con questo tipo di geometria, è possibile creare una superficie curva tramite nodi di controllo che si trovano sulla superficie o anche all'esterno. In questo modo, ad esempio, è possibile modellare le superfici del terreno.
Definire il 'Sistema di coordinate' del piano di riferimento e inserire le 'Coordinate campione nel sistema di coordinate'. Questi punti rappresentano i nodi di controllo della superficie spline. Definire quindi le 'Linee al contorno del piano di riferimento' o selezionare graficamente le linee con il pulsante
.
Spessore con materiale
Nell'elenco degli spessori esistenti, selezionare il tipo adatto o definire un nuovo spessore (vedere il capitolo Spessori).
Materiale dello spessore
Il materiale dello spessore definito nella sezione superiore è preimpostato. Se necessario, è possibile selezionare un altro materiale nell'elenco dei materiali già creati o definirne uno nuovo (vedere il capitolo Materiali). Questo materiale viene quindi assegnato al tipo di spessore.
Cerniera
Con una cerniera, è possibile controllare il trasferimento delle forze interne lungo una linea della superficie (vedere il capitolo Vincoli interni di linea. Dopo aver selezionato la casella di controllo, è possibile definire il tipo di cerniera nella scheda 'Cerniere'.
Supporto
Se la superficie ha una fondazione elastica, è possibile selezionare o definire un nuovo vincolo di superficie nella scheda 'Supporto' (vedere il capitolo Vincoli di superficie).
Rilasciato
Per disaccoppiare il modello sulla superficie, è possibile selezionare o definire uno svincolo di superficie nella scheda 'Rilasciato' (vedere il capitolo Svincoli di superficie).
Eccentricità
Con un'eccentricità è possibile modellare un disassamento in altezza dell'intera superficie (vedere il capitolo Eccentricità delle superfici). È possibile definire il tipo di disassamento nella scheda 'Eccentricità'.
Fattore di distribuzione del carico
Per una superficie del tipo Trasferimento del carico, esiste la possibilità di definire fattori di distribuzione per gli oggetti che trasferiscono il carico. Se si seleziona la casella di controllo, è possibile assegnare individualmente questi fattori 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 forniscano un contributo uniforme al trasferimento del carico. Se si desidera una distribuzione specifica, fare clic sulla riga libera successiva e selezionare la linea o l'asta. Assegnare quindi il 'Fattore di distribuzione' appropriato.
Infittimento della mesh
La dimensione della maglia della mesh EF può essere adattata alla geometria della superficie (vedere il capitolo Infittimenti della mesh superficiale). È quindi indipendente dalle impostazioni generali della mesh. Nella scheda 'Infittimento della mesh', è possibile selezionare o definire un nuovo infittimento della mesh superficiale.
Assi specifici
Ogni superficie ha un sistema di coordinate locale. Di norma, è allineato parallelamente agli assi globali. Il sistema di coordinate può anche essere definito dall'utente – separatamente per l'input e l'output.
Assi di input
L'orientamento degli assi di input è importante, ad esempio, per le proprietà di ortotropia e di sottofondo o per l'effetto di un carico di superficie.
L'elenco nella sezione 'Categoria' offre diverse opzioni 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: allineamento dell'asse x o y a una linea
- Asse diretto al punto: allineamento dell'asse x o y al punto di intersezione di una linea con la superficie
- Asse parallelo al sistema di coordinate: allineamento 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 'Inverti asse z locale' consente di allineare gli assi z e y in direzione opposta.
Assi dei risultati
Attualmente, l'orientamento degli assi dei risultati è possibile solo 'Identico agli assi di input'.
Griglia per i risultati
Ogni superficie è ricoperta da una griglia utilizzata per l'output dei risultati nelle tabelle. Consente un output indipendente dalla mesh EF in punti di risultato regolari e adattabili.
Per impostazione predefinita, è preimpostata una griglia di superficie cartesiana con una distanza uniforme dei punti della griglia di 0,5 m in entrambe le direzioni. Se necessario, qui è possibile adattare le 'Distanze della griglia' nella direzione x (b) e nella 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 la casella di controllo 'Adatta automaticamente' è selezionata nella sezione 'Opzioni', i punti della griglia vengono adattati alla nuova geometria quando si modifica la superficie.
Nella sezione 'Punti', è possibile verificare le coordinate dei punti della griglia generati. Le modifiche nella tabella non sono possibili.
Oggetti integrati
RFEM di norma riconosce 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 necessario integrarlo manualmente: disattivare l'Identificazione automatica dell'oggetto. I campi di inserimento nella sezione 'Oggetti integrati nella superficie' sono ora accessibili. Aggiungere il numero dell'oggetto mancante o utilizzare il pulsante
per determinare graficamente l'oggetto.
Attiva trasferimento del carico
La casella di controllo consente di distribuire il carico della superficie – indipendentemente dal suo tipo di rigidezza – tramite una superficie di trasferimento del carico. In questo modo, la superficie agisce nel modello con la sua rigidezza. La distribuzione del carico agli oggetti adiacenti, invece, è controllata dai parametri che è possibile definire nella scheda Trasferimento del carico. Questa funzione è particolarmente rilevante per le superfici del tipo di spessore Pannello della trave.
Disattiva per il calcolo
La casella di controllo offre la possibilità di non considerare la superficie nel calcolo, ad esempio per simulare fasi costruttive o per esaminare una variante di modellazione. In questo caso, la rigidezza, le condizioni al contorno e i carichi della superficie non vengono applicati.
Informazioni | Analitico
Questa sezione viene visualizzata non appena si definiscono le linee al contorno della superficie. Fornisce una panoramica di importanti proprietà della superficie come area, volume e massa, nonché la posizione del baricentro della superficie e l'orientamento della superficie. Le aperture sono considerate di conseguenza.
È possibile verificare le proprietà importanti di una superficie anche nel pannello Proprietà dell'oggetto (vedere l'immagine Proprietà dell'oggetto di un'asta):
- Selezionare la superficie.
- Attivare il pannello 'Proprietà dell'oggetto' tramite il pulsante
nella barra degli strumenti.
