Un Macro Elemento Discreto co-rotazionale (DMEM) per l’analisi in grandi spostamenti di strutture in muratura.

L’analisi del comportamento non lineare delle strutture in muratura sottoposte a eccitazioni di terremoto o carichi estremi rappresenta una complessa questione computazionale per la quale sono state finora proposte molte strategie numeriche, caratterizzate da diversi livelli di precisione ed efficienza. Oggi nel campo della ricerca sono numerosi gli sforzi nel mettere in relazione gli approcci di micro e macro modellazione mediante tecniche di omogeneizzazione che consentono l'uso di approcci basati sul continuum come simulazione FEM non lineare e strategie semplificate di macro modellazione. Gli approcci di modellazione FEM non lineari richiedono l'adozione di sofisticate leggi costitutive, enormi costi computazionali e competenze avanzate nell'implementazione del modello e nelle interpretazioni dei risultati numerici. D'altra parte, i professionisti hanno bisogno di strumenti numerici semplici ed efficienti, la cui complessità e richiesta computazionale dovrebbero essere commisurate agli scopi. Per questi motivi, negli ultimi decenni, alcuni gruppi di ricerca hanno proposto nuove metodologie numeriche efficienti per prevedere il comportamento sismico non lineare delle strutture in muratura non rinforzata (URM). Una limitazione comune delle strategie numeriche semplificate esistenti per le strutture URM, attualmente utilizzate da molti professionisti, è il comportamento nel piano delle pareti in muratura. Tali approcci sono meno adatti alle strutture storiche in muratura, in cui il comportamento fuori piano influenza fortemente la risposta sismica. Più recentemente sono state proposte strategie di macro-modellazione per la simulazione del comportamento non lineare delle strutture URM come le strategie FEM o Discrete Element Method (DEM). Questa tesi si basa su un approccio DMEM (Discrete Macro-Element Method) recentemente proposto con l'obiettivo di cogliere il comportamento non lineare di un'intera struttura attraverso un assemblaggio di macro-elementi discreti caratterizzati da diversi livelli di complessità in base al ruolo svolto nel modello globale. Uno dei vantaggi della strategia macro-elemento adottata è legato al costo computazionale fortemente ridotto, se paragonato alla tradizionale modellazione di elementi finiti non lineari o simulazioni DEM. Un altro vantaggio è la strategia di calibrazione meccanica adottata che, essendo basata su una discretizzazione a fibre, consente l'uso di semplici leggi costitutive uniassiali che comporta una facile interpretazione dei risultati numerici mantenendo comunque un buon grado di precisione. Sulla base delle questioni di cui sopra, il Discrete Macro-Element proposto è stato applicato non solo come strumento numerico efficiente e affidabile per i professionisti, ma anche per applicazioni di ricerca accademica. Questa tesi rappresenta un ulteriore contributo al DMEM, che consiste in un nuovo macro-elemento discreto solido in grado di esibire grandi rotazioni e piccole deformazioni. L'elemento arricchisce il DMEM con l'introduzione delle seguenti novità significative: i) i macro elementi introdotti in precedenza sono stati formulati con il presupposto di una cinematica linearizzata. L'elemento solido qui formulato può presentare grandi rotazioni e grandi spostamenti assumendo una cinematica che consente piccole deformazioni a taglio all'interno di ciascun elemento e piccole deformazioni alle interfacce tra elementi adiacenti.; ii) gli elementi spaziali precedentemente proposti possiedono una deformabilità a taglio solo su un piano mentre l'elemento solido qui proposto è caratterizzato da un tensore di deformazione linearizzato a taglio uniforme. iii) A differenza dei precedenti macro elementi l’interfaccia è continua; La possibilità di avere grandi spostamenti è presa in considerazione utilizzando una strategia co-rotazionale originale, basata su sistemi di riferimento locali che tengono conto delle piccole deformazioni alle interfacce tra macro-elementi adiacenti. Questo nuovo solido macro elemento consentirà di studiare strutture sia su scala macro che meso tenendo conto delle non linearità geometriche e costitutive. La cinematica è descritta secondo un DMEM che consente di considerare i gradi minimi di libertà richiesti con un significativo vantaggio computazionale rispetto alla strategia di macro modellazione basata agli elementi finiti. La formulazione co-rotazionale adottata, descritta in dettaglio nel seguito, si basa su un elemento di interfaccia a due nodi i cui gradi di libertà sono correlati ai gradi indipendenti di libertà dei corrispondenti elementi adiacenti. La calibrazione meccanica dell'elemento solido è effettuata seguendo un semplice approccio di discretizzazione delle fibre che, sebbene semplice, fornisce risultati molto precisi, come dimostrato dalle applicazioni numeriche ed esempi di validazione effettuati.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2020

Author dc:creator

• D'URSO, DOMENICO VALERIO

Contributors dc:contributor

• CALIO', Ivo Domenico

• Stuctural Analysis, Seismic vulnerability, Static non linear analysis, Masonry, Discrete Element Method DEM, Discrete Macro Element Method DMEM, Co-rotational approach, Solid element, Large displacement, Material Nonlinearity, Second order effects, Buckling, Post critic behaviour, Fiber discretization, Geometric Nonlinearity
• Analisi Strutturale, Vulnerabilità sismica, Analisi statica non lineare, Muratura, Discrete Element Method DEM, Discrete Macro Element Method DMEM, Approccio Co-rotazionale, Elemento Solido, Grandi Spostamenti, Materiale Non Lineare, Effetti del Secondo Ordine, Instabilità, Post – Critico, Discretizzazione a Fibre, Non linearità geometriche

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581831

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581831