Ingegneria Strutturale Computazionale

“Trovo il testo molto interessante per la formazione dell’ingegnere meccanico progettista per l’ampiezza delle tipologie di analisi trattate con attenzione ai risvolti pratici nell’uso della simulazione numerica.”

Giovanni Meneghetti, Professore di Costruzione di Macchine – Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova

“Trovo il libro sicuramente interessante come riferimento da affiancare a un testo più focalizzato sui principî del metodo; nei vari Capitoli vengono proposti esempi di soluzione e di interpretazione di immediata valenza applicativa: ciò è sicuramente legato all’importante esperienza dell’Autore nell’utilizzo del Metodo degli Elementi Finiti in ambito industriale e rappresenta il punto di forza del testo.”

Vigilio Fontanari, Professore di Tecnica delle Costruzioni Meccaniche – Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Trento

“I metodi numerici e in particolare quello degli elementi finiti, sono sicuramente delle metodologie oramai consolidate, che vengono utilizzate da molti anni per affrontare il calcolo strutturale dei componenti meccanici. Sorprendentemente, a fronte di una vastissima letteratura che affronta gli aspetti teorici del metodo, sono assai scarse le pubblicazioni che trattano dell’uso pratico di queste tecniche di calcolo. Il libro di Claudio Gianini dà un contributo significativo in questa direzione. Nel testo infatti si trattano aspetti di grande interesse pratico, quali ad esempio la scelta del tipo di elemento, l’interpretazione dei risultati, la valutazione degli errori. Le principali tipologie di calcolo strutturale (problemi statici e dinamici, contatto, non linearità geometriche e dei materiali, compositi, simulazione del danno) vengono affrontate facendo uso di esempi illustrati con chiarezza, che in molti casi attingono alla lunga esperienza dell’Autore in ambito industriale. In conclusione, un libro che non può mancare nella libreria di un progettista meccanico.”

Francesco De Bona, Professore di Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine – Dipartimento Politecnico di Ingegneria e Architettura dell’Università di Udine

“Dal libro traspare certamente la grande dimestichezza dell’Autore con l’approccio agli elementi finiti in ambito strutturale con esperienze di valenza industriale ben chiare.
Il testo è indirizzato principalmente agli utilizzatori degli elementi finiti, in quanto non tratta le basi teoriche e numeriche in modo approfondito, ma spiega le modalità d’uso fino anche a svelare alcuni “trucchi” o metodi per affrontare calcoli anche complessi in modo affidabile. Proprio da questo punto di vista, non si presta a essere un libro di testo per lo studio della teoria del metodo, ma è piuttosto una guida da affiancare a uno dei tanti volumi classici al fine di approfondire gli aspetti pratici e pertanto da consigliare anche a tesisti, corsisti e neolaureati per approcciare il calcolo nel modo più appropriato.
Va poi sottolineata una certa mancanza di opere editoriali che svelino il modo pratico di utilizzare gli elementi finiti, mentre ve ne sono tantissime che investigano i fondamenti teorici: il libro di Claudio Gianini contribuisce a colmare questa lacuna”.

Pietro Salvini, Professore di Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine – Dipartimento di Ingegneria dell’impresa “Mario Lucentini”, Università Tor Vergata Roma.

“Il libro di Claudio Gianini è il testo ideale per il mio corso sul Metodo degli Elementi Finiti, da affiancare a quelli classici che trattano la teoria del metodo, perché è un testo che in modo applicativo mostra potenzialità e limiti del metodo e che pone questioni a volte non ovvie per l’utilizzatore dei software basati sul FEM. Sicuramente lo inserirò tra i libri da consigliare agli studenti.”

Enrica Riva, Professore di Progettazione e Costruzione di Macchine – Dipartimento di Ingegneria e Architettura dell’Università di Parma

PREFAZIONE
Sono passati ormai più di diciotto anni dall’uscita di La Progettazione Strutturale con il Calcolatore e quindici dalla pubblicazione di Tecniche Avanzate di Progettazione Strutturale. Da allora non è che le cose in questo ambito siano cambiate poi molto: certo, i codici si sono evoluti insieme alla potenza di calcolo e oggi si possono risolvere modelli di dimensioni enormi senza grossi problemi. In particolare la tendenza sembra essere quella di ricorrere alle soluzioni non lineari, anche quando magari non sia strettamente necessario, principalmente perché è più semplice, e sembra paradossale detto da uno che ha fatto in tempo a scrivere i file di input a mano, copiando le coordinate dei nodi dopo aver disegnato la mesh su un foglio di carta millimetrata, lasciare al pre-processore il compito di meshare tutte le parti di un assieme (con i relativi contatti) piuttosto che estrarre la parte di interesse e semplificare, cum grano salis, le sue condizioni al contorno. Più semplice e anche più veloce, vista appunto la rapidità con cui i calcolatori di oggi possono svolgere le iterazioni richieste da un calcolo non lineare, grazie anche alla parallelizzazione del processo su più CPU. Da una decina di anni a questa parte ho cominciato a sentire l’esigenza di riprendere entrambi i lavori e rivisitarli, anche pesantamente, per renderli più attuali; ho tuttavia sempre faticato a cercare il momento giusto di farlo, rendendo sempre più grande, mano a mano che il tempo passava, il divario tra la modernità, sempre in evoluzione, degli approcci al calcolo delle strutture e quanto riportato in quei due testi. Poi però ho sempre anche considerato, magari con l’occhio di un giudice vagamente parziale, che i contenuti dei due libri trattano comunque le basi per un approccio “sano” al calcolo automatico e che quelle basi non sono cambiate né possono cambiare. E allora, che fare? Ho pensato che la cosa migliore fosse innanzitutto unire i due testi in uno solo, separandolo in due parti, per mantenere una sorta di distinzione tra calcolo “basico” e calcolo “avanzato” e di conseguenza spostare alcuni argomenti dal secondo volume al primo, raggruppandoli nella prima parte di questo libro; poi, basandomi sulla principale critica a La Progettazione Strutturale con il Calcolatore con cui mi si contestava di aver messo al Capitolo 1, subito, equazioni algebriche, matriciali e alle derivate parziali, correndo il rischio di scoraggiare anche il lettore più volenteroso, ho deciso di spostare quel contenuto nell’Appendice A. Ho aggiunto maggiori dettagli per il calcolo a fatica, allargato il discorso sui materiali compositi, approfondito l’aspetto relativo all’ottimizzazione strutturale, ampliato la trattazione sulle verifiche (anche oltre il limite elastico), inserito il comportamento dei materiali iperelastici, migliorato l’esposizione sulla dinamica e introdotto la simulazione del danno nei materiali; inoltre, per quanto l’intento di base di non fare riferimento a uno specifico software rimanga valido, ho deciso di rifare tutti gli esercizi trattati nei due volumi con un solo codice di calcolo e un solo pre/post processore, e di seguire questo approccio anche per gli esercizi nuovi: questa è stata la parte che ha richiesto più tempo, ma ha anche consentito di dare un aspetto grafico, soprattutto in termini di risoluzione delle immagini, più attuale. L’ultima novità, che si sposa con le opportunità offerte dall’Information Technology, riguarda la possibilità di scaricare le animazioni di alcuni degli esempi riportati, collegandosi al sito della società di consulenza, attiva dal Settembre 2013, di cui sono fondatore, titolare e direttore tecnico: a tal fine una pagina del volume riporterà i relativi link e le didascalie delle figure a cui si accompagnano le animazioni saranno stampate in blu. E togliere qualcosa?, mi sono chiesto. Non mi pareva ci fosse molto da eliminare visto che, come detto prima, le basi sono basi e senza quelle non si costruisce niente. Forse l’Appendice A di La Progettazione Strutturale con il Calcolatore, che trattava di tecniche di soluzione, poteva essere eliminata perché oggi l’utente, anche avanzato, non è praticamente mai chiamato a decidere quale metodo numerico usare per risolvere le equazioni dei suoi modelli. Tuttavia ci ho ripensato, perché anche quelle sono basi e magari qualcuno è interessato, e allora quel contenuto rimane anche qui, all’Appendice C. Infine ho tenuto anche le due introduzioni ai due volumi, rispettivamente di Rory Byrne e di Luca Marmorini, perché mi aveva fatto enorme piacere averle a quei tempi e mi fa enorme piacere averle pure qui. Che volete farci, soffro di nostalgia. Buona lettura.
Claudio Gianini

INDICE

PARTE I
INTRODUZIONE I
1. La modellazione delle strutture mediante Elementi Finiti
2. La modellazione delle condizioni al contorno
3. L’interpretazione dei risultati
4. Frequenze proprie e modi di vibrare.
5. L’instabilità dell’equilibrio elastico
6. Gli errori nel calcolo a Elementi Finiti
7. Tecniche avanzate di modellazione
8. Il calcolo elastico lineare dei materiali compositi
9. Metodi di validazione dei modelli a elementi finiti
10. Le verifiche di resistenza
PARTE II
INTRODUZIONE II
11. La non linearità geometrica
12. La non linearità di contatto
13. La non linearità di materiale
14. Le analisi dinamiche
15. L’ottimizzazione strutturale
16. La simulazione del danno
17. Alcuni esempi di calcolo avanzato
18. Stato dell’arte e sviluppi futuri
APPENDICE A Richiami di calcolo strutturale in campo elastico lineare
APPENDICE B La matrice di rigidezza per l’elemento
APPENDICE C La soluzione numerica dei sistemi