Argomento di studio: Programmazione SkyCiv e Python per l'analisi strutturale di telai planari

Ti sei mai chiesto come funziona essenzialmente il software strutturale? Continua a leggere, e scoprirai come possiamo utilizzare la piattaforma SkyCiv e la programmazione Python attraverso un esempio sviluppato in un'aula di Analisi strutturale.

Una rapida rassegna di analisi strutturale

Spesso utilizziamo software disponibili per risolvere un'analisi strutturale, che si traduce in forze, Dislocamento, sottolinea, eccetera. In parole povere, il problema cade nella seguente forma:F=K∙d

F=Re∙d

$F = K bullet d$

Dove:

• F sono le forze vettoriali
• K è la rigidezza della struttura
• d è il campo di spostamento

L'obiettivo principale è convertire una struttura continua in discreta “pezzi” di un'assemblea e analizzarla, ottenere forze e spostamenti. Occorre seguire un percorso generale:

• Preelaborazione: il primo passo nell'analisi strutturale, dove otteniamo i dati della struttura, geometria, proprietà dei materiali, e carica e finalizza quando viene costruita la matrice di rigidezza globale.
• Processi: dove risolviamo l'espressione precedente, F=K∙d F=Re∙d$F=Kbullet d$. Alcuni metodi generalmente accettati per risolvere il sistema di equazioni lineari sono Gauss-Jordan, Eliminazione gaussiana, eccetera.
• Dopo processo: la parte finale per visualizzare i risultati in termini di forze e sollecitazioni, se necessario.

Esempio di telaio planare

The case example consists of a regular planar frame (figura 1).

figura 1. Structural 2D Frame Example

The element’s properties for columns, travi, e i materiali lo sono:

Proprietà del calcestruzzo:

• Forza materiale, f'c=20MPun' f′c=20MPa$f'c = 20 MPa$
• Modulo di Young, E=17000MPun' E=17000MPa$E = 17000 MPa$

Programmazione Python e modellazione SkyCiv

Ora è il momento di iniziare a lavorare in parallelo con la modellazione in Python e SkyCiv. figura 2 mostra i dati inseriti (nodi, elementi, gradi di libertà, orientamento dell'asse locale) per il codice sviluppato in Python. Puoi controllare tu stesso il file ed eseguire l'esempio attraverso questo collegamento.

figura 2. Funzione di matrice di rigidezza locale

Il file Python utilizza un paradigma di programmazione funzionale perché è facile da spiegare e sviluppare in classe. Questo consiste nel dividere e conquistare, modularizzazione della costruzione del codice e dei suoi metodi.

Quando si codifica il metodo, the most important is to define the mathematical formulation to apply. We will use the Euler Bernoulli Beam:

In sintesi, i passaggi necessari per eseguire l'analisi utilizzando la programmazione Python sono i seguenti (Riproduciamo alcune parti dello script Python):

• Definire i nodi e le loro coordinate (xi, fare )

• Determinare la matrice di rigidezza globale per ciascun elemento (kg)

• Assemblaggio della matrice di rigidezza della struttura globale (Sgr )

• Determinare il vettore di carico globale per ciascun elemento e assemblarlo nel vettore di carico della struttura generale (P, Pf)

• Risolvere l'equazione generale per lo spostamento del campo ({P – P_f} = [S]{d})

• Ottieni le forze globali e locali per ciascun elemento (Fi, Chi)

Le differenze di valori (Script Python e SkyCiv S3D) sono minori, con circa 2.90% come mezzo.

2. Forze assiali

figura 5. Forze assiali sviluppate nel telaio

Le differenze di valori (Script Python e SkyCiv S3D) sono minori, con circa 2.65 % come mezzo.

3. Forze di taglio

figura 6. Forze di taglio sviluppate nel telaio

4. Momenti flettenti

figura 7. Momenti sviluppati nella cornice