Gli elementi di cavo utilizzati nel software strutturale sono molto utili quando si tratta di ponti strallati, ponti sospesi, reti di cavi e pali/torri strallati. però, i cavi sono molto difficili da modellare e analizzare a causa dei loro tratti altamente non lineari. I cavi generalmente assomigliano a fili o funi di acciaio sottili che sono molto flessibili, spesso sottoposti a grandi deviazioni. Per queste ragioni, un'analisi lineare-statica non è appropriata e può portare a risultati estremamente imprecisi.

Elementi del cavo catenario

Un buon software di analisi strutturale includerà la capacità di modellare strutture utilizzando un elemento cavo dedicato. Alcuni software non supportano direttamente gli elementi del cavo, ma suggeriscono che i cavi siano modellati utilizzando una serie di elementi di traliccio di sola tensione. però, in modo che gli elementi del traliccio siano anche lontanamente accurati in questo scenario, l'utente è tenuto a inserire le posizioni nodali iniziali per stimare la forma deformata del cavo. Come si può immaginare, questo spesso diventa un compito difficile in caso di cedimenti e pretensioni. inoltre, se un ingegnere tenta di modellare un elemento cavo utilizzando un elemento di trave con debole rigidità flessionale (iocon e ioe), allora la deflessione sarà grande senza alcun aumento della forza assiale quando viene applicato un carico trasversale. Chiaramente non è così che si comportano i cavi. Un vero elemento di cavo catenaria terrà conto del cambiamento di geometria dovuto al carico trasversale e "convertire" questa azione in tensione assiale. così, un singolo elemento di cavo catenaria può modellare il comportamento di un cavo con maggiore precisione e praticità rispetto a un elemento trave o più elementi reticolari. Deflessione del cavo della catenaria in SkyCiv

Un singolo elemento di cavo catenaria che mostra la deflessione dovuta a un UDL.

Attributi unici dei cavi

I cavi sono speciali in quanto hanno solo rigidità assiale che supporta la tensione. Ciò significa che non hanno flessione, capacità di taglio o torsione. Inoltre, all'aumentare del carico dei cavi, tendono a diventare più rigidi e sono in grado di sostenere quantità maggiori.

In che modo un'analisi non lineare avvantaggia i cavi??

Come sopra, i cavi sono geometricamente non lineari perché sono altamente elastici e flessibili, quindi grandi deviazioni sono comuni quando sono coinvolti i cavi. In un'analisi statica lineare, le equazioni di equilibrio si basano sulla geometria indeformata prima vengono applicati i carichi. però, se la deformazione è grande (come quando esistono i cavi), è necessario considerare l'equilibrio negli stati deformati. Immagina che quando vengono applicati i carichi, cambiano direzione man mano che la struttura si deforma e ruota. Puoi vedere un esempio di questo nell'immagine qui sotto. Se il raggio subisce una piccola deflessione, quindi il percorso dei carichi rimarrà costante mentre la trave si flette. però, se il raggio si devia e ruota in modo significativo, i carichi diventano diagonali anziché verticali. I cavi mostrano un comportamento simile quando si deformano e quindi è necessaria un'analisi geometricamente non lineare. Percorso di carico sotto grande deflessione

La direzione dei carichi cambia quando la flessione è grande, rendere inappropriata un'analisi statica lineare.

La difficoltà con la modellazione dei cavi spesso deriva da problemi di convergenza. Le analisi non lineari sono iterative, quindi la soluzione potrebbe divergere.

SkyCiv Structural 3D: Cavi catenaria

La buona notizia è che SkyCiv ora può analizzare i cavi della catenaria tramite un'analisi non lineare utilizzando la teoria del grande spostamento. Nella v2.1 di SkyCiv Structural 3D, gli utenti saranno ora in grado di modellare i cavi utilizzando un vero elemento cavo catenaria. I nostri clienti possono anche controllare il pretensionamento e l'abbassamento del cavo specificando un'iniziale (o non sforzato) lunghezza del cavo.  
Spero che questo articolo ti abbia informato sull'analisi del cavo catenaria e sulle sue caratteristiche uniche. Se hai domande sulla tua modellazione o analisi, non esitate a contattare il nostro team di supporto!

Non ho provato SkyCiv? Inizia oggi gratuitamente!

 
Paul Comino CTO e co-fondatore di SkyCiv
Paul Comino
CTO e co-fondatore di SkyCiv
BEng Mechanical (Hons1), BCom
LinkedIn