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Straus7

SISTEMA GENERALE PER LO STUDIO DELLA RISPOSTA DI STRUTTURE E CONTINUI SCHEMATIZZATI CON IL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI

Prodotto da G+D Computing
Distribuzione HSH-Padova
Contatti info@enginsoft.it
Descrizione Sistema generale per lo studio della risposta di strutture e continui schematizzati secondo il metodo degli elementi finiti. Formulazioni di tipo lineare e non-lineare (per geometria, materiale e condizioni al contorno), relativamente ad analisi della risposta statica (inclusi problemi di stabilità dell'equilibrio), dinamica (generale e sismica) e termo-meccanica, sia in condizioni stazionarie che transitorie. Interfacce sia verso CAD, che verso altri software ad elementi finiti, quali Nastran.

DESCRIZIONE TECNICA

Straus7 implementa una formulazione "classica" del metodo degli elementi finiti, per applicazioni sia di tipo lineare che non-lineare (per geometria, materiale e condizioni al contorno), relativamente ad analisi della risposta statica (inclusi problemi di stabilità dell'equilibrio), dinamica (generale e sismica) e termo-meccanica, sia in condizioni stazionarie che transitorie. La biblioteca di elementi finiti - ed i relativi modelli per materiali e leggi costitutive - è particolarmente vasta e completa.

Sono punti di forza del codice:

  • l'interfaccia grafica, estremamente efficiente ed user-frliendly;
  • la codifica di quelli, tra gli elementi, che sono di impiego più frequente nell'ingegneria civile (quali travi, piastre, gusci, funi e membrane), sia per la varietà delle soluzioni prospettate (travi a sezione del tutto generica con calcolo automatico dei parametri geometrici, off-sets nodali e di asse, legami non-lineari momento-curvatura), che per il rendering dei risultati (visualizzazioni "al vero" dello stato tensionale e deformativo sulle sezioni);
  • la particolare compattezza del codice: pur di formulazione classica, il codice è scritto completamente "a nuovo", senza cioè i problemi dei codici ad impostazione generale, che contengono normalmente stratificazioni di implementazioni successive;
  • il rapporto prezzo/prestazioni, assolutamente unico, che rende l'applicativo particolarmente adatto anche per piccole realtà industriali o professionali;
  • la validità sul piano didattico, che lo vede come impiegato ed apprezzato da quasi tutte le università italiane;
  • la documentazione in lingua italiana, sia diretta, che indiretta (attraverso pubblicazioni tecnico-scientifiche);
  • la ricchissima casistica di applicazioni svolte da professionisti italiani, e messe a disposizione degli utenti;
  • l'aggiornamento e la formazione costanti;
  • la quantità e varietà dei benchmark svolti e pubblicati.

 

Ambiente
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Configurazione

Straus7 è totalmente configurabile dall'utente. Sono disponibili una serie di opzioni per definire le modalità della rappresentazione grafica, quali i colori, le sorgenti di luce e la prospettiva. Può essere configurata anche l'allocazione dei files, con particolare utilità se si lavora in rete (tenendo ad esempio i file contenenti i modelli in un'unità condivisa, mentre i file temporanei sull'unità di lavoro)


Help sensibile al contesto

Premendo il tasto F1, in qualsiasi momento, si visualizza un help sensibile al contesto. Straus7 possiede un vasto sistema ipertestuale di help on-line che include esempi, discussioni teoriche e suggerimenti quanto a tecniche di modellazione.

Lavoro contemporaneo su più modelli

Straus7 permette di operare su più modelli contemporaneamente. Si possono scambiare graficamente i dati tra i modelli utilizzando gli strumenti taglia-incolla. Si possono risolvere più modelli contemporaneamente, e lavorare egualmente sia in editing che in post-processing.

Unità di misura

Le unità di misura possono essere impostate e modificate dinamicamente, secondo la convenienza riscontrata nella singola operazione. Tabelle di conversione provvedono, dinamicamente ed in modo trasparente, a tenere il conto di unità di misura non-coerenti (passando ad esempio da metri e chilogrammi a piedi e libbre).

Costruzione dei modelli


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Nessun limite nella creazione dei modelli

Straus7 non pone limiti al numero di nodi o di elementi (e, quindi, al numero delle equazioni). Le limitazioni sono quelle dovute all'hardware. La formulazione particolarmente compatta del software porta l'impiego delle risorse hardware al limite inferiore teorico.

Undo e redo

Straus7 offre possibilità illimitate di "undo". E' possibile annullare ogni operazione, senza nessun limite per quanto riguarda la complessità del modelli e/o il numero e tipo di entità influenzate dall' "undo". Pure la funzione di "redo", reciproca della precedente, è attiva con le stesse caratteristiche.

Rotazione dinamica in tempo reale

E' possibile ruotare, ingrandire/ridurre e/o traslare l'intero modello in tempo reale, operando soltanto con mouse. Questa funzionalità è disponibile sia per rappresentazioni cosiddette "wireframe" del modello, che in visualizzazione solida (incluse ombraggiature), e non richiede particolari schede o acceleratori grafici. La si può utilizzare anche per cambiare dinamicamente la scala degli spostamenti, durante la visualizzazione dei risultati.

Generazione automatica della mesh

Straus7 (a partire dalla versione 7.2) dispone di meshatori automatici, che operano direttamente sulla geometria. Possono essere generate automaticamente suddivisioni ad elementi "plate", sia a 4 che ad 8 nodi, di domini bidimensionali, e suddivisioni ad elementi "brick", sia tetraedrici che esaedrici, di domini tridimensionali. La geometria di appoggio può essere costruita entro Straus7, oppure essere importata da CAD (via DXF, ACIS-SAT, etc).

Gruppi

Modelli complessi possono essere descritti come assemblaggio di parti, secondo una gerarchia di raggruppamento del tutto arbitraria. Di ogni gruppo e' possibile mostrare, nascondere, selezionare elementi, e visualizzarne i risultati.

Sistemi di coordinate definiti dall'utente

I sistemi di coordinate possono essere scelti liberamente fra sistemi cartesiani, cilindrici, sferici o toroidali. In particolare l'impiego dinamico di sistemi di coordinate locali nella fase di costruzione di un modello può agevolare notevolmente le operazioni necessarie.

Sezioni di elementi trave definite dall'utente

Tra le funzionalità per la visualizzazione, risulta particolarmente utile quella relativa agli elementi "trave". Per tali elementi, posto che essi siano definiti con la propria geometria (sia con riferimento ad un catalogo precodificato - e.g. Italsider - che attraverso la descrizione geometrica libera della sezione), può essere utilizzata la visualizzazione "solida", sia in fase di pre-processing, che in fase di post-processing (e, quindi, ad esempio con le mappe delle tensioni, ricavate puntualmente in base alla teoria della trave)

Elementi plate rappresentati con il loro spessore

Anche per gli elementi plate è possibile la rappresentazione "al vero", in cui siano, cioè, resi evidenti gli spessori. Tale funzionalità è utile sia in sede di controllo del modello (perché evidenzia eventuali errori legati allo spessore degli elementi), che in sede di post-processing (perché si possono rappresentare contemporaneamente i campi della tensione su entrambe le facce dell'elemento contemporaneamente).

Strumenti di verifica

Straus7 offre vari strumenti di verifica della mesh (e del modello in generale), tra cui, ad esempio, la visualizzazione dei bordi liberi. Altre funzionalità, quali la rappresentazione mediante mappe cromatiche di parametri caratteristici degli elementi (rapporti dimensionali, volume), e di attributi di questi (quali distribuzione di pressioni e temperature) costituiscono un insieme di strumenti molto utili sul piano pratico.

Sub-modelling

E' possibile operare in "sub-modelling", ovvero eseguendo il cosiddetto "zooming strutturale". Se, in un modello in cui la suddivisione in elementi adottata è sufficientemente fine per la risposta complessiva, ma inadeguata a cogliere alcuni effetti locali (e.g. concentrazione di tensioni), si può sviluppare un modello parziale della zona interessata, avendo in automatico trasferite, al bordo di questo, le azioni delle parti rimanenti così come ricavate nel modello complessivo. L'utilità è evidente: si può approfondire l'indagine senza dover rimeshare e rilanciare l'intero modello.

Utilizzo di espressioni matematiche

I dati possono essere assegnati attraverso espressioni matematiche: ad esempio assegnando il valore dei carichi in funzione della posizione dei nodi cui essi sono associati.

Condizioni di vincolo multiple

Il calcolo può essere svolto contemporaneamente con riferimento a sistemi di condizioni di vincolo diversi.

 


Solutori ed esame/validazione dei risultati
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Straus7 fornisce solutori solutori per i seguenti tipi di analisi:

  • Analisi della risposta statica lineare
  • Calcolo delle frequenze naturali
  • Calcolo dei moltiplicatori critici rispetto alla stabilità dell'equilibrio (buckling)
  • Analisi della risposta statica non-lineare
  • Analisi della risposta dinamica in regime transitorio lineare e non-lineare
  • Analisi della risposta spettrale ed armonica
  • Analisi del trasporto di calore

Sono fornite inoltre le seguenti informazioni:
  • Distinta dei materiali materiali gruppo per gruppo
  • Proprietà inerziali per ogni gruppo

Mappe cromatiche dei risultati

Nella rappresentazione dei risultati mediante mappe cromatiche, è particolarmente attenta la modalità di gestione delle informazioni relative allo stato tensionale. I criteri a base delle rappresentazioni grafiche sono molteplici. Tra questi: media tra i valori degli elementi, nessuna media, media tra i valori degli elementi appartenenti ad un gruppo omogeneo per proprietà, media tra gli elementi appartenenti ad uno stesso piano (funzionalità importante per le piastre inflesse).

Piani di sezionamento

Nel caso di modelli tridimensionali solidi, può essere ottenuta la visualizzazione di grandezze di interesse direttamente su piani di sezionamento del modello, anche se non coincidenti con insiemi di facce di elementi 3/D.

Inviluppo

Nei problemi con condizioni di carico multiple, o nei problemi in regime transitorio con molti passi temporali, e' possibile visualizzare l'inviluppo dei risultati massimi relativamente a tutte le condizioni di carico e/o dei passi temporali.

Combinazioni di condizioni di carico

Si possono creare combinazioni di condizioni di carico senza limiti per il numero di combinazioni, né vincoli per la loro sequenza. In particolare, in tutti i casi in cui sia applicabile la sovrapposizione degli effetti, le combinazioni possono essere attivate con ripetizioni e variazioni a piacere recuperando i dati dell'analisi dalla base-dati del calcolo svolto.

Listati e relazioni di calcolo

I risultati del calcolo possono essere ordinati e stampati in forma di relazione. Si possono selezionare i risultati per gruppo e per proprietà, e visualizzarli per le sole entità selezionate nell'editor grafico. Per ottenere precisione e/o utilità di rappresentazione, i risultati estratti possono essere quelli nodali, o quelli in corrispondenza dei punti di integrazione nel caso di elementi formulati nel continuo (elementi plate e brick), ed in posizioni qualsiasi lungo l'asse degli elementi trave.

Funzioni di ricerca

Straus possiede funzioni di ricerca per individuare/ordinare i dati in output. Si possono, ad esempio, individuare i valori che siano superiori ad una soglia predefinita.

Grafici XY

È possibile anche ottenere il grafico dell'andamento di una qualsiasi grandezza calcolata rispetto ad un segmento che collega due punti qualsiasi del modello.

 


Biblioteca degli elementi (e loro attributi) e dei materiali.

Per comodità d'impiego in Straus7 gli elementi sono classificati secondo il loro "ordine dimensionale", e cioè nelle categorie seguenti:


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Nel modello gli elementi si appoggiano a nodi, e debbono essere caratterizzati da leggi costitutive, relativamente al modello ed al materiale li compone.

 

ELEMENTI MONODIMENSIONALI (BEAM)

Biblioteca degli elementi monodimensionali ("beam")

Straus7 possiede i seguenti elementi monodimensionali:

  • Elementi trave
  • Elementi a sola rigidezza assiale (truss)
  • Aste a cedimento programmato (cutoff bars)
  • Elementi di contatto puntuale (point contacts)
  • Sistemi molla/smorzatore
  • Funi (cables)
  • Elementi (trave) definiti dall'utente

Attributi degli elementi beam

  • Svincoli delle estremità (end-releases) (completi o parziali)
  • Disassamenti (offsets), angoli locali e centri di taglio arbitrari
  • Gradienti di temperatura
  • Forze puntuali e momenti (nel riferimento locale e/o globale)
  • Carichi distribuiti costanti e/o lineari (nel riferimento locale e/o globale)
  • Vincoli elastici
  • Pre-tensionamenti
  • Flussi termici
  • Coefficienti di convezione ed irraggiamento
  • Fonti di calore

ELEMENTI BIDIMENSIONALI ( PLATE)


Bibilioteca degli elementi bidimensionali (plate)

Straus7 possiede le seguenti formulazioni per elementi bidimensionali:

  • Stato piano di tensione
  • Stato piano di deformazione
  • Solidi assialsimmetrici
  • Piastre/gusci (spessi e sottili)
  • Pannelli a taglio (shear panels)
  • Membrane tridimensionali

Quanto a forma e numero di nodi gli elementi possono essere:

  • Triangolari (a 3 o 6 nodi)
  • Quadrilateri (a 4, 8 o 9 nodi)

Attributi degli elementi plate

  • Disassamenti (offsets) ed angoli locali
  • Pre-tensionamenti
  • Gradienti di temperatura
  • Pressione superficiale (nel riferimento locale e/o globale)
  • Sforzo di taglio superficiale
  • Pressione, taglio e sforzo normale, agenti sui bordi
  • Supporti elastici per la superficie e per i bordi
  • Flusso termico
  • Coefficienti di convezione ed irraggiamento
  • Fonti di calore

ELEMENTI TRIDIMENSIONALI (BRICK)


Biblioteca degli elementi tridimensionali

Gli elementi brick di Straus7 possono essere:

  • Tetraedri (a 4 o 10 nodi)
  • A piramide (a 5 o 13 nodi)
  • A cuneo (a 6 o 15 nodi)
  • Esaedrici (a 8, 16 o 20 nodi)

Attributi degli elementi brick

  • Pressione (nel riferimento locale e/o globale)
  • Sforzo di taglio
  • Supporti elastici
  • Flusso termico
  • Coefficienti di convezione ed irraggiamento
  • Fonti di calore

ELEMENTI DI COLLEGAMENTO (LINK)

Bibilioteca degli elementi

Straus7 possiede i seguenti tipi di elementi link:

  • A simmetria settoriale o ciclica
  • Rigidi
  • Pinned (rigidi ed incernierati)
  • Master/slave, ovvero con dipendenze funzionali tra i gradi di libertà
  • Di accoppiamento

NODI

Straus7 consente di specificare i seguenti attributi nodali:
  • Forze e momenti
  • Vincoli (in un qualunque sistema di coordinate)
  • Masse (traslazionali e rotazionali)
  • Rigidezze (traslazionali e rotazionali)
  • Temperature (costanti e/o variabili nel tempo)
  • Smorzamento

MATERIALI

Modelli e proprietà dei materiali

Modelli e proprietà dei materiali possono essere definite in qualsiasi momento per assegnazione diretta, od accedendo a data-base predefinito. Nel caso di leggi di tipo non-lineare, le relative leggi di comportamento (tensione/deformazione, forza/spostamento) possono essere assegnate per punti.

I modelli di materiale previsti in Straus7 sono:

  • Isotropo
  • Ortotropo
  • Anisotropo
  • Laminato
  • Gomma
  • Suolo
  • Mohr-Coulomb
  • Drucker-Prager
  • Definito dall'utente

Servizi offerti da EnginSoft in relazione a Straus7

Oltre ai servizi generali legati alla negoziazione delle licenze software e/o alla assistenza tecnica, ed alla formazione, EnginSoft offre i seguenti servizi:

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  • "training on the job": utilizzo del software presso le proprie sedi, con affiancamento di esperti (sia per quanto attiene agli aspetti formali dell'uso del software, sia per quanto attiene allo specifico settore di applicazione);
  • esecuzione/integrazione di modelli, sia a titolo generale che, soprattutto, quando il modello debba essere costruito a partire da modello geometrico complesso e/o corrotto e/o realizzato con riferimento a modellatori/standard grafici non posseduti, e si debbano quindi operare riparazioni del modello, semplificazioni (defeaturing), o debbano comunque essere generate mesh di qualità;
  • post-processing con trasferimento di grandezze fisiche da/verso altri ambienti (e.g. fluidodinamica/termodinamica);
  • pre/post-processing con trasposizione di modelli verso altri ambienti FEM convenzionali (e.g. Nastran, Ansys, Abaqus), o basati su elementi gerarchici (e.g. pro/Mechanica);
  • collegamento con ambienti di ottimizzazione;
  • collegamento con software per la simulazione di processo (ad esempio per una corretta distribuzione delle proprietà meccaniche e/o per una miglior nozione degli stati di coazione) e/o per il multi-body
  • collegamento con software specialistici, quali quelli per l'analisi della risposta a fatica.
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