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wikipaom2016:lab2

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wikipaom2016:lab2 [2016/04/05 18:06] 212190wikipaom2016:lab2 [2016/05/28 15:23] (versione attuale) – [Note di revisione] ebertocchi
Linea 1: Linea 1:
 +===== Energia potenziale elastica della trave curva piana =====
  
 +Formula per l'energia interna di una trave curva nel piano. 
 +Lo sforzo normale $N$ è supposto positivo se trattivo, il momento flettente $M_f$ è supposto positivo se tende le fibre all'intradosso (ossia se tende a raddrizzare la trave); nel caso questa seconda convenzione non sia rispettata occorre variare il segno del termine misto $M_f N$.
 +
 +$$
 +  \def\d{\,\mathrm{d}}
 +  U=
 +    \int_{0}^{\Phi} 
 +     \left(
 +               \frac{M_{f}^2  }{2 E A \delta r_g}
 +      +        \frac{N      ^2}{2 E A}
 +      +\xi     \frac{T      ^2}{2 G A}
 +      -        \frac{N M_{f}}  {  E A r_g} 
 +     \right) 
 +    r_g \d \phi
 +$$
 +
 +ove $A$ è l'area di sezione, $r_g$ è il raggio baricentrico (supposto costante), $\delta=r_g-r_n$ è la distanza tra questi è il raggio neutro, e, per sezioni circolari piene, $\xi= 1.11$, e
 +
 +$$
 +r_n = \frac{\left(r_e-r_i\right)^2}{8\left( \frac{r_i+r_e}{2} - \sqrt{r_i r_e} \right)}
 +$$ 
 +
 +ove $r_i,r_e$ corrispondono ai raggi interno ed esterno.
 +
 +La tensione assiale indotta dal momento flettente è ricavabile come
 +
 +$$
 +\sigma_f = \frac{M_f \left(r_n - r\right)}{A \delta r}
 +$$
 +
 +----
 +====== Continuazione MAGLIA DI CATENA ======
 +
 +{{:wikipaom2016:maglia_v004.wxm|maglia di catena, modello cattedra fine lezione ven 4 mar, formato wxm}}
 +
 +Definiamo assi locali (η, ε e ζ) nella sezione della maglia di catena considerata come trave:
 +  * ζ - allineato con l'asse baricentrico della trave;
 +  * η e ε - ortogonali all'asse baricentrico della trave. Nella //Figure 1// l'orientamento di ε è stato definito ortogonale al piano XY e quello di η è ottenuto di conseguenza per la regola della mano destra.
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig1.jpg?300 |}}
 +<caption> Assi locali </caption>
 +</figure>
 +
 +Per le sezioni circolari non è necessario indicare come sono orientati nello spazio //η// e //ε// sezione per sezione, perché la sezione ruotata rimane uguale a se stessa. Tuttavia se la sezione della trave è ellittica può essere necessario indicare in quale direzione si trova il semiasse maggiore, visto che la risposta della maglia di catena cambia a seconda di dove si trova il semiasse maggiore.
 +
 +La struttura della maglia di catena possiede due piani di simmetria e di conseguenza se riesco a risolvere il problema elastico su 1/4 di struttura è possibile ricavare il comportamento degli altri 3/4 semplicemente per reazioni di simmetria. Aggiungendo i vincoli ottenuti dalla continuità del materiale e dall'{{:wikitelaio2016:simmetria_antisimmetria.png?linkonly|analisi delle condizioni di simmetria}} la struttura da analizzare diventa:
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig2.jpg?200|}}
 +<caption> Struttura da analizzare </caption>
 +</figure>
 +
 +La struttura ottenuta è una volta iperstatica, la semplifichiamo sostituendo il doppio pendolo superiore con un carrello e aggiungendo la coppia //C// relativa al vincolo soppresso, in modo che sia risolvibile il problema strutturale.
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig3.jpg?200|}}
 +<caption> Struttura risolvibile </caption>
 +</figure>
 +
 +Dall'equilibrio della struttura abbiamo trovato FA = 0.
 +
 +Nella lezione precedente la struttura è stata risolta supponendo che l'//energia potenziale elastica// **U**  sia prodotta esclusivamente dal momento flettente - **Ipotesi di trave dritta snella**.
 +$$
 +  \def\d{\,\mathrm{d}}
 +  U=
 +    \int_{l} 
 +               \frac{M_{f,\xi}^2}{2 E J_{\xi \xi }}
 +      \d l
 +$$
 +In realtà il momento flettente è solo una delle possibili sollecitazioni che agiscono sulla trave, poiché trattando un sistema piano avremo anche lo //sforzo di taglio// **T** e lo //sforzo normale// **N** - **Ipotesi di trave dritta**, con l'aggiunta di T e N la formula dell'energia potenziale elastica U diventa:
 +
 +$$
 +  \def\d{\,\mathrm{d}}
 +  U=
 +    \int_{l} 
 +               \frac{M_{f,\xi}^2}{2 E J_{\xi \xi }}
 +      +        \frac{N      ^2}{2 E A}
 +      +\eta_{\xi}\frac{T_{  \xi}^2}{2 G A}
 +      \d l
 +$$
 +
 +Si ricava il taglio e lo sforzo normale su ogni tratto della struttura:
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig3.1.jpg?300|}}
 +<caption> Tratto 1 </caption>
 +</figure>
 +$$N1(\theta )=FAcos(\theta )+\frac{P}{2}sin(\theta )$$
 +$$T1(\theta )=\frac{P}{2}cos(\theta )-FAsin(\theta )$$
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig3.2.jpg?200|}}
 +<caption> Tratto 2 </caption>
 +</figure>
 +
 +$$N2=\frac{P}{2}$$
 +$$T2=FA$$
 +----
 +==== Verifica trave snella e curva ====
 +Abbiamo utilizzato dei dati presi a campione da un catalogo di produttori di catene industriali:
 +  *d filo = 10 mm;
 +  *Raggio interno Ri = 6.5 mm (R = 11.5 mm);
 +  *passo = 30 mm (passo-2*Ri = 2L = 17 mm).
 +
 +La trave in questione presenta un rapporto //lunghezza/diametro// piccolo (vicino a 3), quindi __non può essere considerata snella__. A tal proposito risulta indispensabile introdurre nella trattativa sforzo di taglio e sforzo normale.
 +
 +Si osserva inoltre che il raggio di curvatura dell'asse baricentrico (R) non è molto maggiore dello spessore radiale della sezione, e ciò rende la curvatura non trascurabile. Si deve necessariamente studiare il problema anche attraverso __la teoria della trave curva__.
 +----
 +
 +Dalle verifiche precedenti risulta necessario considerare il problema anche attraverso la teoria della trave curva,  con la quale si calcola l'energia potenziale elastica U dell'arco di circonferenza (tratto 1 - vedi //Figure 3//) attraverso:
 +$$
 +  \def\d{\,\mathrm{d}}
 +  U=
 +    \int_{0}^{\Phi} 
 +     \left(
 +               \frac{M_{f}^2  }{2 E A \delta r_g}
 +      +        \frac{N      ^2}{2 E A}
 +      +\xi     \frac{T      ^2}{2 G A}
 +      -        \frac{N M_{f}}  {  E A r_g} 
 +     \right) 
 +    r_g \d \phi
 +$$
 +
 +Nel foglio di calcolo presente all'inizio di questo paragrafo sono presenti entrambe le soluzioni:
 +  *Teoria della trave dritta con T e N;
 +  *Teoria della trave curva.
 +
 +A seguito sono riportati i passaggi per giungere al calcolo dell'energia potenziale elastica U attraverso le due strategie elencate:
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig4.jpg?|}}
 +<caption> Calcolo U1dir e Ucurv </caption>
 +</figure>
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:lab2-fig5.jpg?|}}
 +<caption> Calcolo U2 e U </caption>
 +</figure>
 +
 +A conclusione dei calcoli si esegue il confronto relativo ai metodi attraverso il rapporto tra l'allungamento della maglia di catena e allungamento del tondino relativo, con lunghezza definita dal passo della maglia, composto dello stesso materiale e con pari sezione:
 +  *Trave dritta snella - maglia di catena (trascurando N e T) 1.75 volte più cedevole del tondino d'acciaio;
 +  *Trave dritta considerando T e N - maglia di catena 3.2 volte più cedevole del tondino d'acciaio;
 +  *Teoria Trave curva - maglia di catena 3.14 volte più cedevole del tondino d'acciaio.
 +
 +Da questa verifica possiamo osservare che non c'è molta differenza nella risposta ai carichi nel considerare il tratto 1 della maglia di catena come trave curva e trave dritta (con T e N). Invece se consideriamo la maglia di catena come una trave dritta snella si commette un errore dell'ordine di circa 50%.
 +
 +Si può ricavare il momento flettente nella struttura, coincidente con la coppia C, già definita, e conseguentemente valutare lo stato tensionale al punto di applicazione della coppia stessa:
 +[attenzione che il raggio r non è quello baricentrico, ma è quello a cui si campiona la tensione, ossia (r-d/2)]
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:sigmaf.png|}}
 +<caption> Calcolo Stato Tensionale </caption>
 +</figure>
 +
 +Quanto visto, varia in funzione della sezione che si caratterizza, delle sue proprietà strutturali e geometriche. [Sezione circolare a dimensioni e materiale definiti]
 +Per maggiore accuratezza si può verificare il carico garantito con i manuali utilizzati per le dimensioni della catena.
 +((Il calcolo della $\sigma_{f}$ non rispettava quanto visto nel manuale, ciò comporta la presenza di un errore di stesura delle formule precedenti.))
 +====== Comandi MAXIMA ======
 +Di seguito sono presenti una serie di funzioni utili alla risoluzione di alcune problematiche con l'ausilio del calcolatore.
 +
 +===== Definizione di Funzioni =====
 +
 +Definire una funzione può avvenire attraverso due diverse strategie:
 +
 +La prima prevede l'assegnazione della funzione con ":" :
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:funzione_1.png|}}
 +<caption> Assegnazione Funzione </caption>
 +</figure>
 +
 +Questo comando implementa le funzioni valutandole all’atto della definizione e non all’atto della chiamata. Utilizzando la funzione "ev", in figura, posso assegnare alla variabile x un qualsiasi valore specifico, al fine di sostituirla all'espressione e determinarne il valore. Nel caso in cui risulti utile ripetere l'ultimo passaggio per differenti valori della variabile di funzione, si può pensare di utilizzare un metodo più compatto e sintatticamente più utile.
 +       
 +Il secondo invece definisce la funzione con il comando":=" :
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:funzione_2.png|}}
 +<caption> Definizione Funzione </caption>
 +</figure>
 +
 +Tale tipo di sintassi non prevede la valutazione, al momento dell'assegnazione, dell'espressione che è a destra di ":=" .
 +
 +Se non voglio ritardare la valutazione della funzione utilizzo il comando "define" :
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:funzione_3.png|}}
 +<caption> Comando Define </caption>
 +</figure>
 +
 +
 +Naturalmente si posso definire funzioni in più variabili:
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:funzione_4(lez5).png|}}
 +<caption> Funzione in 3 Variabili </caption>
 +</figure>
 +===== Grafici e Sviluppo in Serie di Taylor =====
 +
 +Sviluppo in serie di taylor la funzione precedentemente vista:
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:fun_4(lab2).png|}}
 +<caption> Sviluppo in Serie di Taylor </caption>
 +</figure>
 +
 +Nel comando troviamo la funzione, la relativa variabile, seguita da intorno e grado di sviluppo; in questo caso //"fun(x)"// nella variabile //x//, nell'intorno specifico di $\pi/6$ al primo ordine.((fare ben attenzione a definire le variabili correttamente all'interno della funzione di Taylor //"//x=3//"//. Una soluzione può essere utilizzare il comando "define"))
 +
 +Assegno a //"t1fun"// e //"t2fun"// gli sviluppi in serie di Taylor rispettivamente al primo e al secondo ordine
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:taylor1_lab2_.png|}}
 +<caption> Serie di Taylor al 1° ordine </caption>
 +</figure>
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:taylor2_lab2_.png|}}
 +<caption> Serie di Taylor al 2° ordine </caption>
 +</figure>
 +
 +Si possono graficare le funzioni attraverso due metodi:un metodo standard con comando //"wxplot2d"// che genera il grafico nella pagina di lavoro: qui il primo parametro può essere o una singola funzione,o una lista di funzioni, il secondo parametro è una lista che contiene la variabile da far scorrere e gli estremi dell'intervallo in cui essa varia. Con il terzo parametro, invece facoltativo, si può indicare una legenda sul grafico, qualora quella di default non soddisfacesse le richieste dell'operatore.
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:graf_taylor_lab2.png|}}
 +<caption> Grafico Sviluppo in Serie di Taylor </caption>
 +</figure>
 +
 +Un secondo metodo prevede la stesura del grafico in una finestra flottante diversa dal foglio di lavoro, scrivendo //"plot2d"//.
 +
 +Si può automatizzare la procedura, calcolando lo sviluppo in serie di Taylor a gradi superiori, per poi graficarli.
 +Un **blocco di istruzioni** è un insieme di comandi dati al calcolatore, limitati da parentesi tonde, con output dato dall'ultima espressione.
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:blocco_lab2.png|}}
 +<caption> Blocco di Istruzioni </caption>
 +</figure>
 +
 +//"plottami"// è definita come una lista quota.
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:plottami_lab2.png|}}
 +<caption> Definizione plottami </caption>
 +</figure>
 +
 +Allora si può passare all'estrazione della serie di Taylor imponendo l'ordine pari ad //"i=3"//.
 +
 +<figure fiore>
 +{{:wikipaom2016:plottami_2lab2.png|}}
 +{{:wikipaom2016:INFOX2.jpg|}}
 +{{:wikipaom2016:graf2.4.jpg|}}
 +<caption> Grafico Sviluppo in Serie di Taylor </caption>
 +</figure>
 +
 +
 +Attraverso l'ausilio di //"append"//, con cui accodiamo una funzione ad un'altra, si può aggiungere alla definizione di **//"plottami"//**, la lista //"legendami"//, definita come concatenazione di se stessa con l'elemento che contiene per esempio //i//. Nel //"plottami"// si ha come primo parametro la lista di funzioni di riferimento, come secondo, la variabile seguita dal range di "plotaggio", seguita ulteriormente dalla lista "legendami" ed infine da una seconda variabile e il relativo intervallo.
 +
 + 
 +
 +
 +
 +
 +
 +
 +===== NOTE =====
 +
 +====Autori====
 +Federico Rizzello, mat. 106165, Riccardo Tramacere, mat. 104297, Rafael Caberlon, mat. 103519.
 +
 +====Tabella di monitoraggio carico orario====
 +<hidden>
 +Ore-uomo richieste per la compilazione della pagina. 
 +
 +^ Autore/Revisore  ^  Prima stesura  ^  Prima revisione  ^  Seconda stesura  ^ Revisione finale  ^  Totale    ^
 +| Caberlon          6              |  ---              |  ---              |  ---              |  **6   **  |
 +| Rizzello          6              |  ---              |  ---              |  ---              |  ---       |
 +| Tramacere        |  6              |  ---              |  ---              |  ---              |  ---       |
 +| Revisore          ---            |  1                |  ---              |  ---              |  ---       |
 +| **Totale**        **- **          **    **          **    **          **  **            ---       |
 +
 +La sezione relativa ai revisori è da compilarsi a cura del curatore.
 +</hidden>
 +
 +~~DISCUSSION~~
 +
 +
 +===== PATTUME =====
 +
 +
 +
 +===== Lista dei simboli =====
 +| $u$,$v$,$w$  | spostamenti in direzione x,y,z rispettivamente                         |
 +| $\alpha$     | fattore di scala dell'elemento triangolare, vedi Figura {{ref>fiore}}  |