Confronto dei risultati LBA e GMNIA in IDEA Member con dati sperimentali e soluzione numerica
1. Obiettivo
L'obiettivo di questo articolo è la verifica del modulo LBA (analisi di biforcazione lineare) e la validazione del modulo GMNIA (analisi non lineare geometricamente e materialmente con imperfezioni) dell'applicazione IDEA StatiCa Member. I carichi critici risultanti da IDEA Member sono confrontati con una soluzione numerica tratta da [1] e le resistenze risultanti sono confrontate sia con i dati sperimentali sia con la soluzione numerica di [1].
2. Descrizione del modello
Sono stati analizzati complessivamente 9 casi individuali. Questi sono stati acquisiti dallo studio [1], mantenendo la designazione dei singoli provini (A1–A3), (A4–A6) e (E1–E3). Sono state considerate le dimensioni reali della sezione trasversale, nonché le proprietà reali dei materiali. Sono state investigate due diverse condizioni al contorno (BC1 – rigido, BC2 – cerniera uniassiale); è stata inoltre introdotta una variazione nella snellezza relativa della colonna.
Fig. 1: Condizioni al contorno (da sinistra a destra): rigido (A1–A3); cerniera uniassiale (A4–A6); rigido (E1–E3)
3. Risultati
I dati di input e i risultati del calcolo sono riassunti nella Tabella 1. Sono riportate le dimensioni della sezione trasversale e le proprietà dei materiali, nonché il valore dell'imperfezione iniziale e0 assunto pari a L/300. Tale valore è basato su [2], dove si dimostra che descrive al meglio il comportamento degli angolari a compressione.
Il carico critico da IDEA Member (indice M) è confrontato con la soluzione numerica [1] (indice FEM). La resistenza ultima da IDEA Member (indice M) è confrontata con la soluzione numerica [1] (indice FEM) e con i dati sperimentali (NR).
Tab. 1: Dimensioni della sezione trasversale, proprietà dei materiali e risultati
3.1. Analisi di instabilità lineare
I risultati della verifica LBA sono soddisfacenti; i carichi critici ottenuti dalle due soluzioni software sono molto simili in tutti i casi tranne uno (A4), dove la differenza nei risultati è del 13%. In tutti gli altri casi, la differenza è inferiore al 5%.
Grafico 1: Valori del carico critico per i provini analizzati
Grafico 2: Confronto del carico critico – FEM vs. CBFEM
Fig. 2: Primo modo di instabilità dall'LBA (provino A6)
3.2. Analisi non lineare geometricamente e materialmente con imperfezioni
I risultati della validazione GMNIA mostrano un buon accordo con i dati sperimentali.
Si riscontra inoltre un buon accordo nella verifica dei risultati CBFEM rispetto al FEM, con la deviazione massima inferiore al 5%.
Grafico 3: Valori della resistenza ultima
Grafico 4: Confronto della resistenza ultima – FEM vs. CBFEM
Fig. 3: Risultati GMNIA – deformazione plastica alla resistenza ultima (provino A6)
4. Bibliografia e riferimenti
[1] Kettler, M., Lichtl, G., Unterweger, H. Experimental tests on bolted steel angles in compression with varying end supports. Journal of Constructional Steel Research. 155 (2019). 301-315.
[2] Kettler, M., Taras, A., Unterweger, H. Member capacity of bolted steel angles in compression: Influence of realistic end supports. Journal of Constructional Steel Research. 130 (2017). 22–35.