ITA - ENG



C.S.E. - BREVE STORIA DEL PROGETTO


A partire dalla fine degli anni '90 si rese evidente che Sargon necessitava di un post processore dedicato ai collegamenti. Lo studio del problema, tuttavia, mostrava quanto fosse difficile affrontare l'argomento, mentre era abbastanza chiaro che se si fosse intrapresa la strada che qualche Utente suggeriva, vale a dire mettere a punto routine specifiche per il calcolo di collegamenti tipici, non si sarebbe potuto fornire un prodotto adeguato alle reali esigenze degli specialisti, che rappresentano il principale mercato sia di Sargon che di CSE.

Dato che il problema si presentava difficile, sì, ma anche eccezionalmente interessante, si decise di affrontarlo nel modo più generale possibile in una ampia classe tra quelle possibili, con l'idea di lavorare ad un progetto che sarebbe certamente durato anni. Tra l'altro le esigenze di lavoro normali impedivano di condurre questo progetto continuativamente, nè d'altro canto alcun Ente o Associazione anche istituzionalmente vicina a questi problemi ha finanziato il progetto: in Italia generalmente o si vendono le cose fatte da altri in altri Paesi (e qualunque Stato o Paese, per quanto lontano ed esotico "suona" meglio del nostro in ambito tecnico-scientifico, nonostante la gloriosa tradizione dei Galileo, dei Castigliano, dei Ricci, dei Piola, e l'esistenza di eccellenti singoli studiosi), o si finanziano progetti inutili, sperperando denaro pubblico (innumerevoli gli esempi). La ricerca vera, quella che richiede anni di tempo per dare frutti, ed innova, è qualcosa di estremamente difficile da fare, tanto più se non si hanno "santi in paradiso". Serve un coraggio ed una determinazione che in giro non sono poi così frequenti. Il progetto CSE è stato portato avanti uno o due mesi all'anno, per anni. Del resto la grande complessità del problema richiedeva lunghi periodi di riflessione e di analisi per poter procedere: il quadro si è chiarito nel corso di anni e anni.

(Immagine a sinistra: pagina di appunti con lo studio della analitica del jnodo)


I primi sforzi di definire il problema risalgono al 1999. Fu introdotta una specifica terminologia con nuovi termini come unito, unitore, tramite, matrice di trasferimento, jnodo, renodo. Si incominciò a pensare a come descrivere il collegamento nel modo più generale, e presto comparvero ardui problemi, inizialmente descritti ma irrisolti.

Nel mentre (2000, 2001) si cominciavano a scrivere le parti generali di CSE, quelle che comunque si sarebbero dovute approntare, indipendentemente dal problema del calcolo: la restituzione grafica in 3D, le superfici nascoste, la catalogazione dei nodi. Nella resa delle superfici nascoste CSE non usa algoritmi raster, ma vettoriali: ciò consente una resa dei bordi molto più facilmente leggibile di quella di tanti altri programmi che usano routine già predisposte ed impieganti grafica raster. Il risultato sono immagini bellissime e chiare, molto più chiare e leggibili di quelle di programmi che usano le ombre ed il diverso tenore di colore per capire la forma degli oggetti.

Il primo specifico problema affrontato in ordine di tempo fu quello di convertire un modello FEM in un modello a membrature. Si chiarì (siamo nel 1999-2000) che nel modello fem andavano aggiunte informazioni suppletive e si mise in grado il programma di decodificare, da un modello fem, un modello a membrature.

In seguito ci si dedicò all'arduo problema del riconoscimento dei nodi eguali, e fu chiaro che si dovevano distinguere i jnodi dai renodi. I primi sono i nodi in un contesto wireframe, e quindi non ancora risolti (ma già pieni di informazioni uniche, come le mutue giaciture). I secondi sono i nodi reali (Real Nodes, Renodes). La routine di riconoscimento dei jnodi eguali fu il primo importantissimo successo nello sviluppo del programma e già allora nessun programma faceva nulla di simile. Questo traguardo fu raggiunto grazie alla "analitica del jnodo" uno studio che chiariva la logica dei più frequenti collegamenti, mettendo in condizione CSE di riconoscerli automaticamente. Oggi in CSE il riconoscimento dei jnodi eguali è un singolo comando, ed impiega qualche secondo, ma ci sono voluti anni per mettere compiutamente a fuoco il problema.

Si era giunti ai primi anni 2000, il programma fu diffuso con queste limitate (ma molto innovative ed utili) capacità di analisi. A quel tempo si riteneva che il calcolo dei collegamenti non avrebbe potuto essere fatto che mediante la "istruzione" del programma da parte dell'utente, data la mancanza di regole di calcolo generali. Pertanto si cominciò a dotare il programma di un corposo insieme di funzionalità atte ad apprendere regole di calcolo. Comparvero così le variabili predefinite associate ai componenti (ad esempio m2.tw, P1.A, ecc.), la possibilità di aggiungere nuove variabili (ad esempio sigmaN=m1.N/m1.A) e la aggiunta di condizioni, ovvero di relazioni (in genere disequazioni) espresse in funzione delle variabili predefinite e di quelle aggiunte dall'utente, capaci di descrivere le verifiche da fare (ad esempio    m2.N < m2.fu* (m2.A - B1.n * B1.dh * m1.tw)/gammaM2).

Nel frattempo molti sforzi venivano dedicati alla costruzione del renodo, ovvero a tutti quei comandi che dovevano mettere l'utente in condizione di lavorare in un ambiente perfettamente 3D alla aggiunta di componenti ed alla loro lavorazione. In somma: si stava cercando di creare un LEGOTM elettronico. Questa parte è molto complessa ed è stata indubbiamente lunga da sviluppare. Si trattava di creare comandi per il posizionamento degli oggetti e la loro manipolazione, non solo mediante trasformazioni a corpo rigido (rotazioni, traslazioni), ma anche mediante l'aggiunta delle indispensabili lavorazioni. Questo è il tipico ambito dei programmi di modellazione 3D, i quali però si "limitano" di solito a disegnare o "rendere" gli oggetti una volta creati. Nell'ambito del progetto CSE queste funzionalità erano per così dire preliminari, essendo l'obiettivo fondamentale il calcolo dei collegamenti e non il loro disegno. Il problema era il calcolo, la verifica.

(Immagine a sinistra: Pagina di appunti con la topologia di renodi elementari)


Negli anni dal 2005 al 2007 il progetto subì un rallentamento, anche perchè importanti lavori e commissioni avevano sottratto tempo alla ricerca. Se si era stati in grado di riconoscere i (j)nodi eguali, costruire la scena posizionando i componenti, riconoscere le connessioni solo sulla base del posizionamento geometrico, ed aggiungere molte funzionalità comunque utili, ancora rimaneva irrisolta la problematica del calcolo. Possibile che l'utente dovesse spiegare al programma come calcolare il collegamento e non ci fossero altre vie? L'idea (tuttora rimasta) era che l'utente potesse spiegare al programma che verifiche fare e che il programma le applicasse poi in automatico, salvando tipologie di nodo da richiamare in seguito. Sebbene utile e generale questo approccio richiedeva da parte dell'utente un certo sforzo: noi avremmo potuto mettere a punto dei nodi tipici e poi l'utente sarebbe andato avanti da solo.

La disponibilità di alcuni mesi di tempo da dedicare allo studio ed all'approfondimento consentì, tra la fine del 2007 e la primavera del 2008 di poter finalmente arrivare ad una soluzione al problema principale, ovvero il calcolo automatico dei collegamenti a posizionamento libero. Si descrissero concetti come quello della iperconnettività e da lì si fu finalmente in grado di comprendere come descrivere unitariamente il problema del calcolo mediante un modello con elementi finiti snello, robusto, equilibrato e coerente.  Nel giro di un mese il programma fu messo in grado di calcolare, da solo, con ipotesi di ampia generalità e normalmente verificate, senza bisogno di istruzioni da parte dell'utente, le sollecitazioni afferenti agli unitori. Questo apriva la strada alle verifiche automatiche degli unitori, nonchè alle verifiche a rifollamento, verifiche che furono scritte e messe alla prova nella primavera-estate del 2008. Fu preparato un book informativo ed un manuale di validazione, che dimostrò la bontà della modellazione e la affidabilità del calcolo. La classe del problema fu notevolmente ampliata introducendo gli ancoraggi, i bulloni ad attrito, i bulloni solo a taglio.

Rimanevano ancora problemi e funzionalità da aggiungere, ma la strada maestra era finalmente stata imboccata.

Note le sollecitazioni sugli unitori si apriva la strada alla verifica dei tramite e delle membrature. Il problema fu affrontato a partire dall'autunno 2008, introducendo dapprima le bullonature con contrasto (flange, piastre di base), poi le verifiche sulle sezioni nette delle membrature ed infine le verifiche semplificate sui tramite. All'inizio del 2009 è stata poi aggiunta la fondamentale caratteristica che consiste nella creazione automatica di modelli agli elementi finiti dei componenti, soggetti ad azioni note, perchè calcolate dalla prima, fondamentale analisi. Sebbene al momento (maggio 2009) siano fatti in automatico "solo" i modelli delle piastre, anche qui si è aperta una strada del tutto nuova: la creazione automatica di modelli FEM dei componenti porta a verifiche molto più rigorose di quelle che si fanno a mano sia dei tramite e delle stesse membrature.

Nella primavera del 2009 si è aggiornato l'help ipertestuale e la guida e si decise che, benchè il programma fosse in tumultuoso sviluppo, fosse ormai tempo di metterlo a disposizione della comunità degli esperti, anche al fine di portare fonti di finanziamento al progetto che derivassero dal progetto stesso.

Oggi, maggio 2009, la strada davanti è delineata e, sebbene certamente complessa e sebbene certamente bisognosa di tempo per essere percorsa, non sembra vi siano più dilemmi come quelli che si sono affrontati negli anni scorsi. Tutto il percorso ancora da compiere è chiaro, anche perchè le funzionalità che oggi mancano a CSE (parametrizzazione dei collegamenti tipici, messa su tavola dei collegamenti, ulteriori ampliamenti del raggio di azione del programma per meglio gestire certe problematiche come le saldature a completa penetrazione o le sezioni cave) sono funzionalità che non sembra presentino particolari difficoltà di concetto: si arriva a quanto fanno altri programmi (di disegno di carpenteria metallica e di calcolo solo di collegamenti tipici) ma da ben altro punto di partenza, avendo risolto ormai in modo molto generale ed ingegneristicamente affidabile il problema del calcolo dei collegamenti delle strutture in acciaio.

Milano, 17 maggio 2009 - circa dieci anni dopo l'inizio del progetto CSE



Nel periodo dal maggio 2009 al novembre 2011 moltissime nuove funzionalità e caratteristiche sono state realizzate, portando il progetto CSE ad uno stadio di completa maturazione. Una lista incompleta include tutte le seguenti migliorie:

  • Sono state aggiunte dozzine di componenti standard e di strutture FEM di jnodi standard, per semplificare la descrizione dei pezzi.
  • Sono state potenziate e migliorate le verifiche FEM automatiche, che ora riguardano tutti i componenti, portandole anche al campo non-lineare (elastoplasticità). Si è aggiunto a CSE anche Sargon Reader per studiare a parte i risultati dei modelli FEM automatici.
  • Sono state aggiunte le verifiche di block shear, le verifiche al punzonamento e le saldature a completa o parziale penetrazione.
  • Si è reso il programma bilingue (italiano-inglese) e si sono aggiunte le verifiche secondo le norme indiane IS e le americane AISC.
  • Si è messo a punto il formato di scambio universale .SR3 per favorire l'interfacciamento di altri programmi.
  • Si è migliorata la possibilità di descrivere le azioni interne indipendentemente da un programma di calcolo di provenienza: di fatto si possono importare tabelle EXCEL rendendo il programma completamente stand alone.
  • Si sono aggiunti i Renodi parametrici, che consentono di memorizzare famiglie di nodi simili usando formule per le dimensioni e posizionamenti parametrici.Una funzionalità potentissima che mette CSE anche in questo ambito all'avanguardia.
  • Si è quindi creato un archivio di nodi parametrici, aggiornabile dall'utente (170 al Novembre 2011).
  • Si è aggiunta la possibilità di richiamare un P-Renodo dalla nodoteca, costruendo istantaneamente (in 3D) il nodo completo.

Milano, 24 Novembre 2011 (aggiornato alla versione 4.40)



Nel periodo dal novembre 2011 al giugno 2013 moltissime nuove funzionalità e caratteristiche sono state realizzate, anche tenendo conto delle richieste degli utenti. Qui si elencano le principali:

  • Sono state aggiunte nuove normative (BS5950, AISC LRFD e ASD).
  • Sono stati aggiunti gli interfacciamenti a STAAD PRO, STRAP, MIDAS e RISA3D.
  • La nodoteca dei nodi parametrici è passata da 170 a 395 unità.
  • E' stata aggiunta la possibilità di creare modelli FEM di aggregati o dell'intero nodo, non più solo dei singoli componenti.
  • E' stata aggiunta la possibilità di eseguire analisi di buckling su modelli FEM, esaminando in questo modo il rischio di instabilità dei componenti.
  • E' stato aggiunto un report formattato in formato ePUB, facilmente convertibile al formato .DOC o .PDF.
  • Sono stati aggiunti i perni e le chiavi di taglio.
  • Sono stati aggiunti comandi per la gestione dei DXF con gli unifilari della struttura.

Milano, 1 Luglio 2013 (aggiornato alla versione 5.51)



CSE è stato venduto praticamente in tutto il mondo (Europa, Asia, America). Nel periodo dal luglio 2013 al maggio 2015 il programma si è ulteriormente ampliato e consolidato, anche tenendo conto delle richieste degli utenti. Qui si elencano le principali aggiunte (solo le principali):

  • Sono state aggiunte le normative russe (SNiP).
  • E' stata aggiunta la possibilità di eseguire analisi FEM in non linearità di geometrica e di contatto e non solo di materiale.
  • La nodoteca dei nodi parametrici è passata da 395 a 786 unità.
  • E' stata aggiunta la nodoteca universale.
  • E' stata aggiunta la possibilità di copiare e incollare componenti ed anche l'intero Nodo, da nodo a nodo, e da file a file.
  • E' stata aggiunta la possibilità di studiare le curve carico-spostamento nelle analisi FEM non lineari.
  • Nella modellazione FEM è stata aggiunta la possibilità di modellare i fori dei bulloni.
  • E' stato aggiunto il pannello assistente per guidare nelle operazioni di modellazione.
  • Sono stati migliorati e potenziati molti comandi e molte nuove funzionalità aggiunte, anche tenendo conto del feedback degli utenti.

Milano, 12 Maggio 2015 (aggiornato alla versione 6.30)



Nel periodo tra l'aprile 2016 ed il maggio 2017, Paolo Rugarli ha scritto il libro Steel Connection Analysis che descrive il background teorico di CSE. Il libro sarà pubblicato a breve da John Wiley & Sons.

Con questo libro, il lungo percorso di ricerca e sviluppo cominciato alla fine degli anni '90 arriva a compimento. Il libro, unico nel panorama editoriale disponibile in merito alla analisi di connessioni, affronta il problema della verifica dei collegamenti con un approccio generale e tale da consentire la soluzione di qualsiasi tipo di collegamento.

Negli ultimi due anni è stato fatto come sempre molto lavoro per ampliare il programma e migliorarne la usabilità. In particolare è stato fatto molto lavoro per generalizzare il calcolo dei connettori (saldature e bullonature) sia in campo non lineare, sia assegnando specifici flag di funzionamento (come no-shear, shear-only, longitudinal-shear only).

Milano, 1 Settembre 2017 (aggiornato alla versione 8.00)

PRODOTTI:

Sargon

Samba

C.S.E.

 

 

Copyright © 1991-2017
Castalia s.r.l. - Via Pinturicchio, 24 - 20133 Milano - Tel: 02.266.81.083 - Fax: 02.266.81.876 - staff@castaliaweb.com