I modelli che non sono adeguatamente vincolati possono traslare o ruotare liberamente. In generale, ogni componente ha 3 modi di corpo rigido traslazionali e 3 rotazionali. Per un assieme, è necessario impedire i 6 modi del corpo rigido di ogni componente.
I seguenti fattori contribuiscono a evitare i modi di corpo rigido:
- Vincoli di spostamento
- Proprietà dello studio (indicatori di molla morbida e sostituzione inerziale)
- Condizioni di contatto
- Connettori
L'opzione molla morbida può essere utilizzata come strumento preliminare per ricercare la stabilità. Si consiglia di NON utilizzarla nello studio finale. L'indicatore della sostituzione inerziale può essere utilizzato in determinati casi quando i carichi esterni sono bilanciati.
Vincoli adeguati per i modelli solidi
La deformazione di un modello solido è completamente definita da 3 traslazioni in ogni nodo. Le rotazioni di un modello solido sono definite in modo implicito dalle traslazioni dei nodi. Se si applica un vincolo fisso ad un solido, i 3 gradi di libertà (spostamenti) di ciascun nodo appartenente al bordo, al vertice o alla faccia sono vincolati.
Esempio
Si prenda in esame il modello solido di un cubo:
- Se si fissa un vertice, il modello non è stabile perché può ruotare intorno al vertice fisso.
- Se si fissano due vertici, il modello non è stabile perché può ruotare intorno alla linea che collega i due vertici.
- Se si fissa un bordo, in generale un bordo lineare, il modello non è stabile perché può ruotare intorno al bordo fisso.
- Se si vincolano due facce ortogonali nelle direzioni normali, il modello non è stabile perché può scorrere nella terza direzione.
- Se si fissano tre vertici, il modello è stabile.
Fissare un numero qualsiasi di vertici lungo una linea retta non è adeguato per stabilizzare un modello solido.
- Se si fissa una faccia, il modello è stabile.
- Se si fissa un bordo e un vertice, che non è parte del bordo, il modello è stabile.
- Se si fissano tre facce ortogonali nelle direzioni normali, il modello è stabile.
Per un altro esempio, si prenda in esame un cilindro vuoto:
- Se si vincola una faccia cilindrica nella direzione radiale, il modello non è stabile perché può ruotare e scorrere.
- Se si vincola una faccia cilindrica nella direzione tangenziale, il modello non è stabile perché può scorrere nella direzione assiale.
- Se si vincola una faccia cilindrica nella direzione tangenziale e un vertice nella direzione assiale, il modello non è stabile.
- Se si fissa una faccia qualsiasi, il modello è stabile.
Vincoli adeguati per shell
La deformazione di un modello di shell è completamente definita da 3 traslazioni e 3 rotazioni in ogni nodo. Le condizioni di vincolo Immobile e Fisso sono diverse per gli shell. Immobile imposta le traslazioni a zero, ma non vincola le rotazioni. Fisso imposta le traslazioni e le rotazioni a zero.
Esempio
Si prenda in esame una piastra con mesh di elementi shell:
- Se si rende immobile un vertice, il modello non è stabile perché può ruotare intorno a questo vertice.
- Se si rende immobile un bordo, il modello non è stabile perché può ruotare intorno a questo bordo.
- Se si fissa un bordo o più di un vertice, il modello è stabile.
Si consiglia di NON eseguire i modelli shell con un vertice fisso. Anche se fissando un vertice teoricamente si stabilizza un modello shell, la simulazione numerica può portare a risultati non corretti.