NONLINEAR ANALYSIS OF STRUCTURES

NONLINEAR ANALYSIS OF STRUCTURES

_
iten
Codice
66265
ANNO ACCADEMICO
2020/2021
CFU
5 cfu al 1° anno di 10799 INGEGNERIA CIVILE (LM-23) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ICAR/08
LINGUA
Inglese
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA CIVILE)
periodo
2° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

Il modulo affronta lo studio della risposta nonlineare dei solidi e delle strutture, con particolare attenzione ai problemi di nonlinearità geometrica e materiale. Lo studio è affrontato con tecniche analitiche e numeriche mediante il metodo degli elementi finiti.  Il corso prevede varie esercitazioni in aula informatica col codice agli elementi finiti ANSYS.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

The course provides fundamental knowledge and analytical and numerical techniques (Finite Element Method) for the evaluation of the post-elastic regime and loading capacity of structures while accounting for material and geometrical nonlinearities. Upon completion of the course participants will be able to analyze and simulate using the FE code ANSYS problems such as: large displacement collapse and buckling of structures; progressive plasticity and plastic collapse of structures; fracture of brittle materials.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Overview: The course deals with the nonlinear response of solids and structures with focus on problems characterized by geometric and material nonlinearities. The problems are solved using analytical and numerical approaches through the finite element method. Numerical applications are presented using the finite element code ANSYS.

Outcomes: Basic knowledge to evaluate the ultimate load-bearing capacity of solids and structures using nonlinear analyses. Analytical and numerical approaches to treat material and geometrical nonlinearities.

Modalità didattiche

Lectures and laboratory sessions using the finite element code ANSYS.

(Lezioni in aula ed esercitazioni in aula informatica con utilizzo del codice agli elementi finiti ANSYS)

PROGRAMMA/CONTENUTO

The finite element method: introduction; brush up on the direct stiffness method (bar and MOM element and trusses), the variational formulation (bar element), plane stress and isoparametric elements and shape functions; finite element modeling; the nonlinear bar element; finite element solution of nonlinear problems: geometric nonlinearities; linearized buckling; post-buckling; plasticity; constraints and contact; continua with cracks. The finite element code ANSYS, introduction and applications. 

Stability and Buckling: basic concepts and response diagrams; stability of systems with n degrees of freedom; stability of trusses and frames; Von Mises arch and snapping instability. Applications with ANSYS.   

The elasto-brittle solid (introduction to fracture mechanics): stress concentration and intensification; fracture criteria; ductile-brittle transition in the structural collapse. Applications with ANSYS.  

The elasto-plastic solid: incremental analysis and limit analysis. Applications with ANSYS

 

(Il metodo degli elementi finiti: richiami sul metodo diretto e sulla formulazione variazionale degli elementi asta e isoparametrico; l’asta in grandi spostamenti; analisi non lineare,  nonlinearità geometriche e del materiale; analisi di buckling linearizzato e post-critico; plasticità; analisi di continui con difetti. La stabilità dell’equilibrio: concetti di base e diagrammi di risposta; stabilità di sistemi elastici discreti a più gradi di libertà; stabilità di sistemi di aste e travi; l’instabilità  non euleriana, l’arco ribassato. Il solido elasto-fragile (introduzione alla meccanica della frattura): concentrazione ed intensificazione delle tensioni; criteri di frattura; transizioni duttile-fragile nel collasso strutturale. Il continuo elasto-plastico: analisi incrementale e calcolo a rottura. Applicazioni con codice ANSYS. )

TESTI/BIBLIOGRAFIA

 

  • Felippa C.A, Introduction to Finite Element Methods, University of Colorado at Boulder, sito web prof. Felippa.
  • Felippa C.A., Nonlinear Finite Element Methods, University of Colorado at Boulder, sito web prof. Felippa.
  • L. Nunziante, L. Gambarotta, A. Tralli, Scienza delle costruzioni, McGraw-Hill.
  • Carpinteri A., Scienza delle Costruzioni 1,2, Pitagora Editrice, Bologna.
  • L. Corradi dell'Acqua, Meccanica delle strutture vol. 3, McGraw-Hill.
  • Z.P. Bazant, L. Cedolin, Stability of structures, Oxford Press.
  • M. Jirasek, Z. P.Bazant, Inelastic analysis of structures, Wiley.
  • Carpinteri A., Meccanica della Frattura, Pitagora

 

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Office hours during the semester will be defined in the first week of classes. Office hours outside the semester can be requested through email: roberta.massabo@unige.it

Commissione d'esame

ROBERTA MASSABO' (Presidente)

LEZIONI

Modalità didattiche

Lectures and laboratory sessions using the finite element code ANSYS.

(Lezioni in aula ed esercitazioni in aula informatica con utilizzo del codice agli elementi finiti ANSYS)

ESAMI

Modalità d'esame

The exam consists in :

a) four mid-term quizzes and a final oral exam (three-four questions, solution of simple problems and applications);

b) a written report on a take-home lab exam (solution of a nonlinear problem using the finite element code ANSYS)

The take-home lab exams may have different levels of complexity:

Lab exam B: solution of a basic problem, similar to those solved in class, presented in the tutorials on the course website or in ANSYS verification manual

Lab exam H: solution of a problem which requires the use of different techniques or different ANSYS commands or some analytical derivations for verification. This second option is reserved to students who are interested in deepening their knowledge on the solution of nonlinear problems, on the use of FEM codes or in tackling an applied problem

Modalità di accertamento

Final grade composed of:

class quizzes and oral discussion (50%) and take-home Lab exam (50%)