Valutazione degli hotspot di sollecitazione

Un comportamento tipico di una singolarità di sollecitazione è che il valore di sollecitazione continua ad aumentare con la rifinitura della mesh (sia a livello globale utilizzando i controlli della mesh sia a livello globale modificando la mesh) e diverge teoricamente all'infinito. Se le sollecitazioni sugli elementi degli hotspot di sollecitazione non aumentano con la rifinitura della mesh e convergono verso un valore finito, sono indicative di concentrazioni di sollecitazioni (aree di sollecitazioni elevate "legittime").

Sollecitazioni divergenti in prossimità di uno spigolo vivo rientrante durante la rifinitura della mesh sono indicative di singolarità di sollecitazione.

Le concentrazioni di sollecitazioni sono caratterizzate da gradienti di sollecitazione relativamente elevati su elementi adiacenti in un'area localizzata di un modello. I gradienti di sollecitazione elevati attribuiti a concentrazioni di sollecitazioni legittime convergono verso un valore limite, a condizione che la mesh sia sufficientemente rifinita. Sono visibili in caso di modifiche alla geometria, ad esempio in presenza di un foro in una piastra, sui contorni dove sono presenti materiali diversi e nei punti di contatto tra i corpi.

Sollecitazioni convergenti in prossimità del foro durante la rifinitura della mesh sono indicative di concentrazioni di sollecitazione.

Consigli per il trattamento delle singolarità di sollecitazione

• Per differenziare le singolarità di sollecitazione dalle concentrazioni di sollecitazioni legittime, rifinire la mesh a livello globale, oppure a livello locale nelle aree in cui vengono rilevati hotspot di sollecitazione. Quando si esegue nuovamente lo strumento diagnostico Hotspot di sollecitazione, le aree delle concentrazioni di sollecitazioni dovrebbero essere filtrate e gli hotspot di sollecitazione restanti dovrebbero mostrare le singolarità di sollecitazione. Si noti che, nel mondo fisico, le singolarità di sollecitazione non si verificano in quanto il materiale si snerva o si incrina quando le sollecitazioni superano il limite di resistenza finale del materiale.
• Aggiungere raccordi ai bordi vivi e "arrotondare" gli angoli sui quali sono presenti gradienti di sollecitazione elevati. I raccordi distribuiscono la sollecitazione su un'area più ampia e aumentano in modo efficace la capacità portante delle parti. Ricordarsi che uno "spigolo vivo" realizzato nella realtà ha sempre un raggio del raccordo più piccolo.

  Distribuzione irregolare della sollecitazione sui bordi vivi.

  Distribuzione uniforme della sollecitazione su uno spigolo con raccordo.

• Se possibile, evitare l'applicazione di carichi sui vertici o lungo i bordi. Distribuire il carico sulle aree di confluenza corrette sul modello in modo da rappresentare il più accuratamente possibile le reali condizioni di carico. Ricordare che, anche se il carico è applicato come carico puntuale singolo che crea una singolarità di sollecitazione (σ = P/A e A=0 → σ=∞), la distribuzione della sollecitazione a una certa distanza dal carico rimane comunque corretta. Questo si basa sul principio di de Saint Venant, che afferma che la differenza tra gli effetti di due carichi differenti ma staticamente equivalenti diventa molto piccola a distanze sufficientemente elevate dal carico stesso.
• Le singolarità di sollecitazione possono alterare solo localmente le distribuzioni delle sollecitazioni. È possibile ignorare queste aree di singolarità di sollecitazione localizzate, soprattutto se non sono vicine all'area di interesse nella simulazione, ed esaminare i risultati di sollecitazione nelle aree più distanti, che dovrebbero restare "inalterate".