Analisi statica di un tavolo

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biros
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Analisi statica di un tavolo

Postby biros » Thu Jun 25, 2020 10:10 am

Buongiorno, sono un nuovissimo utilizzatore di FreeCAD e vi ringrazio per lo strumento completo che mettete a disposizione. Premetto che non conosco gli strumenti di analisi FEM, non avendo mai avuto necessità di utilizzarli finora. Al momento sarei interessato a capire se ci sono possibilità di analisi statiche relative ad alcuni tavoli. Allego una immagine di esempio e relativo file. Mi interesserebbe capire in particolare, qual è la procedura (se c'è) che mi porta a calcolare il peso minimo del parallelepipedo rosso affinché il tavolo perda l'equilibrio. Esiste la possibilità di applicare diversi materiali al piano e alle gambe?

Vi ringrazio in anticipo.

RIporto i dati

OS: Windows 10
Word size of OS: 64-bit
Word size of FreeCAD: 64-bit
Version: 0.18.4 (GitTag)
Build type: Release
Branch: releases/FreeCAD-0-18
Hash: 980bf9060e28555fecd9e3462f68ca74007b70f8
Python version: 3.6.6
Qt version: 5.6.2
Coin version: 4.0.0a
OCC version: 7.3.0
Locale: Italian/Italy (it_IT)
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domad
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby domad » Wed Jul 01, 2020 11:31 am

Buongiorno biros!
Anche io seguo da pochi giorni il forum, mi ha incuriosito il titolo del Tuo post e leggendo mi sono chiesto che lavoro o professione fai?
Te lo chiedo perchè vorrei tentare di darti una risposta articolata che dipende, molto, dalla Tua risposta....
biros
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby biros » Mon Jul 13, 2020 12:19 pm

Buongiorno domad, intanto ti ringrazio per la tua risposta che leggo solo adesso e chiedo quindi scusa per il mio ritardo. Sono designer di prodotto e stavo valutando la possibilità di capire in anticipo alcune problematiche relative alla statica dei prodotti che disegno ed eventuali dimensionamenti dei componenti che li compongono.
Ti ringrazio in anticipo!
Moebius
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby Moebius » Mon Jul 13, 2020 8:02 pm

Non credo di aver capito cosa vuoi.
Comunque il problema è la composizione di forze cospiranti.
In sostanza, una forza è il peso dell'oggetto e l'altra quella del peso del tavolo, e tutte e due sono applicate nei rispettivi baricentri.
Si ricava la forza equivalente, che sarà sulla linea di congiunzione, e si controlla se cade all'interno (stabile) o all'esterno (ribaltamento) del triangolo formato dalla base.
Vedi http://www.edutecnica.it/meccanica/compo/compo.htm
biros
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby biros » Mon Jul 13, 2020 10:08 pm

Grazie per la risposta, Moebius
domad
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby domad » Wed Jul 15, 2020 7:40 am

Buongiorno "biros" e a tutta la Comunità !
Purtroppo sono stato pochino in sede, pertanto, Ti chiedo un po di pazienza per darti una concreta risposta.
Premesso che il tuo quesito non è per nulla banale, merita una risposta esaustiva e adeguata al tuo grado di conoscenza della fisica, in particolare della meccanica, e poi riporti un esempio di come si può elaborare un modello di calcolo, con relativa semplicità, utilizzando alcuni strumenti che ci mette a disposizione FreeCad.
Mi propongo in futuro, appena ne avrò sufficiente padronanza, di porre il tuo sistema al banco "FEM" e postandone i risultati.
Buona giornata, a presto.
biros
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby biros » Wed Jul 15, 2020 5:47 pm

Grazie mille Domad per la disponibilità. Non vorrei farti perdere tempo, la mia conoscenza della fisica è molto basilare e non pretendo quindi un corso accelerato per mettermi in pari. Ho una conoscenza scolastica dell'argomento, oltre ad aver svolto un esame di statica all'università di Disegno Industriale, ormai più di 10 anni fa.
Ti ringrazio comunque per il tuo tentativo di aiuto, molto apprezzato.
Un saluto.
domad
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby domad » Sun Aug 02, 2020 4:28 pm

Un saluto a tutta la Comunità!

Finalmente ho trovato un po di tempo da dedicare al quesito.

Come anticipatoVi descrivo il mio tentativo di trovare una verosimile soluzione/procedimento utilizzando il banco FEM e il risolutore CalculiX, al quesito proposto da “biros”.

Premesso che tentare di dare delle risposte ai “variegati” interrogativi è un modo per accrescere il proprio bagaglio tecnico e di conoscenza di FreeCad, non rappresentando, pertanto, “una perdita di tempo”, ma al contrario una opportunità.

Non posso esimermi dal rigraziare “biros” per il senso di rispetto rappresentatomi.

Ecco nel dettaglio il procedimento, utilizzando i banchi di lavoro “FEM” e “Spreadsheet”, per dare risposta al quesito: “è possibile determinare, con buona approssimazione, il carico massimo applicabile al piano del sistema “tavolo”, costituito, appunto, da un piano di appoggio sorretto da due sostegni di forma parallelepipeda posti ortogonalmente staccati tra loro, evitando il ribaltamento?

Banchi di lavoro e/o macro aggiunti/e:
- CenterOfMass.FCmacro

Materiale ipotizzato per il “tavolo”:
- Legno generico – 700 Kg/m³

Limitazioni/Condizioni CalculiX:
- Sistema “tavolo” solido unico;
- materiale (piano e appoggi) unico.
(Tuttavia si potrebbero impostare degli schemi/forzature di carico e/o di geometrie per simulare i diversi materiali costituenti il sistema).

Semplificando, il sistema può essere ricondotto ad una mera leva di primo genere, quindi impostato, attraverso il banco “Spreadsheet”, un semplice calcolo analitico il quale mi ha consentito di ottenere un valore (“metro di misura”) da comparare a quello determinato da CalculiX.

Per le eventuali sperimentazioni e visualizzazioni dei risultati, dal link sotto riportato, potete scaricare il file: “simul_equil_ribalt_tavolo.FCStd” la cui struttura è così composta:

- CARICO ipotetica superficie-spinta (oggetto appoggiato);
- tavolo geometria del manufatto;
- Analysis impostazioni e risultati del solutore FEM;
- PAVIMENTO piano ipotetico di appoggio del tavolo;
- polig_equilb_ribalt poligono/area di stabilità al ribaltamento;
- Cent_mas_tav_completo determinazione centro di massa sistema tavolo;
- appoggio0 geometria appoggio “0”
- appoggio1 geometria appoggio “1”
- Cent_mas_appog0 determinazione centro di massa appoggio “0” (contrappeso)
- Cent_mas_appog1 determinazione centro di massa appoggio “1” (contrappeso)
- bracci-carichi determinazione bracci dei carichi e relative distanze dall’ipotetico asse di rotazione (per il calcolo dei momenti statici);
- asse_rotazione ipotetico asse di rotazione del sistema “tavolo”
- Cent_mas_semi_tav1S determinazione centro di massa dell’ipotetico semitavolo lato a sfavore della stabilità al ribaltamento
- Cent_mas_semi_tav2S determinazione centro di massa dell’ipotetico semitavolo lato a favore della stabilità al ribaltamento (contrappeso)
- max-rotazione-tavolo massima rotazione del centro di massa del sistema “tavolo” nel suo complesso, rispetto al poligono di stabilità al ribaltamento

- dimensioni_generali dimensioni e ingobri generali del sitema “tavolo”

- Verif_analit_rotaz_calc_semplif verifica analitica semplificata carico max stabilità al ribaltamento ottenuta con il banco di lavoro Spreadsheet importando i dati di calcolo direttamente dalle proprietà degli oggetti.

- compl_semitavolo1S geometria semitavolo lato a sfavore della stabilità al ribaltamento
- compl_semitavolo2S geometria semitavolo lato a favore della stabilità al ribaltamento

Condizioni:
- le impostazioni dei vincoli (spostamenti/rotazioni) sono da considerasi validi solo per la verifica al ribaltamento;
- simulazione esclusivamente statica.

Risultati della simulazione:

Il carico massimo (teorico) applicabile che non determina il ribaltamento, fermo restando le codizioni di vincolo e di forze sopra indicate, calcolato con il banco FEM-“CalculiX” risulta essere di 457,0635 N (46,59 Kg).
Infatti aumentando il valore della forza (ConstraintForce) di 1 N avremo dislocamenti “Z” con valori in metri, quindi ribaltamento con rotazione nello stesso senso del carico appoggiato sul piano; diminuendolo, sempre di 1 N, si avranno dislocamenti “Z” con valori in metri ma con senso di rotazione opposto a quello del carico posto sul piano, quindi a favore della stabilità.

Il risultato del calcolo analitico semplificato, pari a 375,678855 N (38,2955 Kg), è stato ottenuto eseguendo la sommatoria dei momenti determinati dale varie masse rispetto all’asse di rotazione ipotizzato.
N.B. alcuni valori di unità di misura automaticamente impostate nelle varie celle sono errate, pertanto, fare riferimento a quella indicata tra parentesi nella intestazione di colonna.

Per visualizzare l’animazione della simulazione: --> Analysis --> doppio click su “CCX_Results”, nel pannello “Azioni” impostare “DisplacementZ”, mettere il segno di spunta su “Mostra” e portare a 100 il valore “Corsa max”, quindi azionare il selettore-levetta posto immediatamente sopra a “Fattore” .
Inoltre in questo pannello sono apprezzabili i valori minimo e massimo dei “Displacement Z” ottenuti con il carico sopraccitato.

In conclusione sarebbe auspicabile condividere i risultati di una simulazione ottenuta mediante l’utilizzo di altri solutori, con l’intento di valutare, in questa fattispecie, sia la validità dello schema di calcolo, sia l’attendibilità del solutore CalculiX.

Il link: http://www.filedropper.com/simulequilribalttavolo

Buona giornata e buon lavoro a tutti!
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Freddy
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby Freddy » Tue Aug 04, 2020 12:58 pm

Complimenti "domad", mi ci vorrà un pò per sviscerarlo........ :D
biros
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Re: Analisi statica di un tavolo

Postby biros » Thu Sep 03, 2020 11:26 am

Accidenti, Complimenti a Domad per il bellissimo lavoro! Adesso me lo studio per bene.
Grazie ancora per il prezioso aiuto che offri a tutta la comunità! Bello sapere che ci sono persone che mettono a disposizione il proprio tempo e conoscenze per il bene altrui. Una rarità!