Nòlian - Softing
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Nòlian
Soluzioni
L'ambiente FEM "puro" che sa dialogare con i postprocessori coniugando la flessibilità senza condizioni del FEM con la progettazione ad alto livello delle membrature.
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Gru radiale della centrale nucleare di Latina in dismissione.
Modello dei primi anni '90. Nòlian già permetteva tutto questo.
Modello dei primi anni '90. Nòlian già permetteva tutto questo.
PANORAMICA
Nòlian è un ambiente completo per la modellazione e l’analisi strutturale con il metodo degli elementi finiti. In Nòlian la mesh di elementi finiti si genera con modalità CAD 3D operando direttamente sulla geometria della mesh e quindi in modo del tutto trasparente e professionale. Se però si desidera generare mesh FEM di strutture edili in modo più semplice, è possibile usare l’ambiente inMod (vedi) il quale consente una modellazione solida con le tecniche del CAD per architettura. Un potente mesher provvederà a fornire a Nòlian la mesh di elementi finiti. InMod consente anche lettura di file in formato IFC per il BIM.
Nascita di Nòlian e della sua GUI
Poiché l'affidabilità e la effettiva impiegabilità di un software sono legate soprattutto alla sua evoluzione nel tempo, è importante sottolineare che Nòlian nasce alla fine del 1983 con il nome di MacSap, su una commessa della Apple Computer e quindi è storicamente non solo il primo programma per strutture ad interfaccia grafica interattiva, ma anche uno dei primi programmi a rendere disponibile il metodo degli elementi finiti su un personal computer. Nòlian, per consentire una rapida generazione di mesh complesse, ha degli strumenti molto potenti. Qui accenniamo solo al generatore frontale di mesh piane in contorni di superfici anche forate. Nòlian gestisce poi l’attribuzione delle caratteristiche agli oggetti grafici tramite il paradigma “predicato oggetto” tipico delle linee guida, mai superate in qualità, che introdusse Apple Computer negli anni ‘80. Quindi è possibile scegliere una operazione, ad esempio interrogare o assegnare le caratteristiche di una sezione, e quindi selezionare gli oggetti a cui applicare l’azione. Questi concetti di interfaccia grafica, molto ergonomici e sperimentati da più di 25 anni, sono stati certificati da Apple Computer e poi da Microsoft quando Nòlian ricevette la certificazione “Designed for Windows”.Tutti i risultati sono interrogabili sia per via numerica che per via grafica anche tramite animazioni in caso di analisi nel dominio del tempo. Inoltre Nòlian supporta un sistema di script che consente di attuare una serie di azioni programmate per ottenere da Nòlian delle prestazioni personalizzate.
Nòlian è un software di calcolo FEM “puro” molto potente il cui modellatore e solutore permettono di schematizzare ed analizzare qualsiasi tipo di struttura di qualunque forma e di qualunque materiale definibile dall'utente. Viene gestita la modellazione della mesh di elementi finiti (importabile anche da file esterni in formato .dxf, ed automaticamente riconosciuti dal programma come elementi finiti), i vincoli, i materiali, le condizioni di carico e le relative combinazioni (sia automatiche che gestibili dall'utente). Viene eseguita l'analisi e vengono restituiti sia in forma di rappresentazione grafica che in forma numerica tutti i risultati dell'analisi ai quali il progettista accede tramite l'utilizzo di vari comandi di interrogazione. Pertanto Nòlian è il “motore” dal quale dipendono le altre funzionalità per l'analisi ed il progetto delle strutture.
CAPACITA' DI ANALISI
Nòlian consente analisi lineari di tipo statico, modale o per spettro di risposta. (Le analisi non lineari e di buckling sono descritte nella pagina dedicata all’ambiente Earthquake Engineering).
Fattorizzazione
Nòlian impiega uno speciale metodo di fattorizzazione per matrici a coefficienti sparsi che consente dei tempi di calcolo incredibilmente brevi.
Normativa
Nonostante Nòlian sia un avanzato programma di analisi ad elementi finiti del tutto generale, e non legato ad esigenze di specifiche normative, ha una serie di funzionalità, basate su rigorosa formulazione scientifica, per rispondere alle richieste di normativa in termini di analisi di regolarità strutturale, valutazione delle caratteristiche inerziali e dinamiche di piano etc. Informazioni necessarie per la maggior parte delle richieste degli Enti Regionali di controllo. Inoltre Nòlian non è “procedurale”, non segue cioè una predefinita e immodificabile procedura dall'input all'output per cui consente di dare risposte alla quasi totalità dei problemi anche per indagini specifiche su comportamenti localizzati della struttura.
Spettri di Risposta
L’analisi con la tecnica dello spettro di risposta è prevista dalla corrente normativa e si basa su spettri di risposta legati al rischio sismico di ogni zona. Nòlian ha un sofisticato sistema di gestione degli spettri che, oltre a consentire di generarli automaticamente secondo i parametri di normativa, consente di visualizzarli, modificarli, importarli o esportarli per cui, accanto ad un uso standard legato alla normativa, non vengono preclusi impieghi avanzati che richiedano modifiche degli spettri o spettri legati ad altre normative.
Gli elementi finiti di Nòlian
Nòlian è dotato di elementi finiti a 2, 3, 4 e 8 nodi e di elementi solidi a 8 nodi. Tutti gli elementi hanno rigidezza completa (gli elementi piani e i brick, cioè, hanno rigidezza anche per il drilling). Gli elementi ad 8 nodi piani possono avere lati curvi. I tipi di elementi finiti implementati sono:
Elementi monodimensionali: asta, trave a sezione generica, trave a sezione a doppio T, trave poligonale, trave Winkler, boundary (molle assiali e torsionali), rigel (elementi infinitamente rigidi).
Elementi bidimensionali: lastra-piastra, deformazione piana, assialsimmetrico.
Elementi solidi ad otto nodi brick a rigidezza completa.
Per gli elementi a comportamento non lineare si veda la pagina dedicata all’ambiente Earthquake Engineering.
PROGRAMMABILITA'
Nòlian è dotato di un motore di script interno in linguaggio LUA, che permette all'utente che ha nozioni di programmazione di eseguire comandi personalizzati. E' evidente che tale prerogativa aumenta moltissimo le potenzialità del software.
La documentazione
Nòlian produce la completa documentazione del modello e dei risultati delle analisi secondo gli schemi di esposizione dei dati e dei risultati più impiegati nei modelli ad elementi finiti. La completezza della documentazione ha anche la finalità di consentire la ripetizione della analisi come previsto dalla normativa.
La stampa avviene su file (html o rtf) ed è “tematica” consentendo di produrre i dati e i risultati voluti. La produzione dei tabulati su file, benché già impaginati ed a pagine numerate, ne consente l’eventuale modifica o successiva elaborazione con semplici editor di testo.
EasyQuill, un ambinte specializzato di Nòlian All-In-One per la redazione di relazioni tecniche personalizzate, può recepire questi dati in tutto o in parte per includerli “intelligentemente” nella relazione di calcolo.
I materiali
Nòlian consente analisi lineari indipendentemente dal tipo di materiale purché nei limiti del comportamento elastico lineare. Pertanto si possono analizzare strutture in legno, alluminio oltre che acciaio e calcestruzzo. Per i materiali a comportamento invece non lineare si veda l'ambiente Earthquake Engineering. Le verifiche dei giunti e delle membrature sono soggette invece spesso a metodologie specifiche e normative specifiche e pertanto, mentre a livello di analisi, nei termini suddetti, non vi sono limiti sui materiali, per le verifiche non tutti i materiali hanno in Nòlian All In One degli specifici post processori. Molto spesso, però, per alcune tipologie, le verifiche sono abbastanza semplici da potersi eseguire con fogli elettronici.
I motivi per scegliere Nòlian
Perché è un software che sposa la filosofia del calcolo agli elementi finiti, rigoroso ma flessibile, tramite modellazione aperta, (qualunque geometria, qualunque dimensione).
Perché è un valido strumento di progettazione in cui il protagonista del calcolo rimane sempre il progettista il quale opera in totale libertà direttamente sulla mesh di elementi finiti ed al quale è quindi lasciata la massima libertà sulle scelte di modellazione.
Perché consente un controllo ed un livello di indagine sui risultati di analisi che non lasciano incognito alcun dato di output, non lascia mai con una domanda del committente alla quale non si sappia dare una risposta. Anche nel malaugurato caso di un contenzioso, Nòlian è lo strumento che vi aiuta a dimostrare le vostre tesi.
Perché consente la progettazione di strutture anche edili operando con un modellatore FEM “puro”, ma a differenza di altri software FEM, è poi integrato con una vasta serie di post-processori che consentono sia l'esecuzione automatica delle verifiche, sia la generazione degli elaborati esecutivi, ottimizzando al massimo il lavoro del progettista.
APPROFONDIMENTI
Descrizione: ambiente di analisi strutturale con il metodo degli elementi finiti.
Ambiente di lavoro: Interfaccia grafica interattiva per la gestione completa della mesh di elementi finiti in uno spazio tridimensionale.
Limiti tipologici del problema: poiché Nòlian gestisce una mesh del tutto generale a elementi finiti, non vi sono limiti di tipologia applicativa predefiniti né la produttività dell’input è finalizzata a determinate tipologie.
Limiti geometrici del problema: nessun limite predefinito. Si gestiscono mesh comunque disposte nello spazio tridimensionale costituite di elementi a 1, 2 e 3 dimensioni.
Limiti dimensionali del problema: non vi sono limiti predefiniti del problema. Il numero di nodi, di gradi di libertà, di elementi, di condizioni di carico, di modi di vibrare da calcolare è virtualmente illimitato.
Metodo di calcolo: metodo degli elementi finiti
Metodi di analisi: elastica lineare statica, modale, dinamica, sismica con la tecnica dello spettro di risposta. Per le analisi non-lineari si vedano le specifiche dell'ambiente Earthquake Engineering.
Metodi di fattorizzazione specifici: velocissimo metodi di fattorizzazione per matrici sparse. Sparse è sia in-core che out-of-core ed è anche 100 volte più rapida dei tipici solutori skyline.
Metodi di analisi modale: subspace iteration method a blocchi per gestire problemi di gradi dimensioni. Con fattorizzazione per matrici sparse.
Analisi sismica: tecnica dello spettro di risposta. Spettro qualsiasi assegnabile per punti (quindi per qualsiasi normativa e situazione). Generazione automatica degli spettri secondo normativa italiana. La tecnica dello spettro di risposta può anche tenere conto degli effetti del secondo ordine. Per imetodi non lineari si veda la scheda dell'ambiente EarthquakeEngineering.
Libreria di elementi finiti lineari: Asta (truss), Trave (a sezione: rettangolare, doppio T, da profilario, poligonale, generica), Trave su suolo elastico, Lastra-piastra (guscio) a 3, 4, 8 nodi, Lastra-piastra su suolo elastico, Assialsimmetrico, Deformazione piana, Brick (elemento solido), Rigel (connessione rigida).
Particolarità degli elementi: elementi piani e solidi dotati di 6 gradi di libertà per nodo (rigidezza per il drilling). Consente l’accoppiamento flessionale accurato tra elementi diversi e la modellazione immediata, senza artifici, di elementi strutturali piani.
Libreria di elementi finiti nonlineari: si vedano le specifiche dell'ambiente Earthquake Engineering.
Metodi di input grafico: la mesh può essere disegnata direttamente nello spazio tridimensionale per singoli nodi e elementi oppure generata tramite metodi di autogenerazione (vedi).
Metodi ausiliari di gestione della mesh: piano di lavoro per tracciamento diretto su piani comunque definiti nello spazio, colori anche per formare gruppi omogenei, layer per visualizzazioni parziali, linee di costruzione con snapping in punti significativi, linee o elementi importabili in altri formati grafici.
Metodo di assegnazione dei dati: input a dialogo per singoli oggetti o per gruppi di oggetti selezionati tramite mouse impiegando eventualmente una selezione multipla, totale, per gruppi, per colori, per layer. Questo metodo consente anche l’interrogazione e l’eventuale modifica delle assegnazioni in qualsiasi momento. La geometria della struttura è tracciabile a schermo e quindi l’input delle coordinate (anche se possibile) non è generalmente necessario.
Metodi di autogenerazione della mesh: per telai, parametrica in confini a quadrilatero o a prisma, per estrusione in coordinate sia ortogonali che cilindriche, autogenerazione frontale per elementi bidimensionali, esportazione-importazione mesh parziali, funzioni di infittimento, inversione, duplicazione, specularizzazione etc. Si può usare anche uno script esterno (vedi) per generare superfici complesse.
Gestione delle fasi: Nòlian supporta la possibilità di descrivere l’evoluzione di una struttura tramite la gestione della evoluzione del modello sia per fasi costruttive che per evoluzioni temporali o evoluzioni delle azioni sulla struttura. Questa è una funzionalità opzionale (MultiStage). I risultati di più fasi sono sempre contemporaneamente disponibili per individuare gli inviluppi o per rappresentazioni animate (vedi Operazioni sui risultati).
Modalità di rappresentazioni grafiche: wireframe per la mesh, renderizzata (modello solido) a color assegnati, renderizzata a falsi colori per le rappresentazioni di valori associati alla mesh. La rappresentazione renderizzata avviene tramite lo standard di alta qualità OpenGL.
Rappresentazioni grafiche dei dati: shrink (elementi rimpiccioliti per vedere le connessioni), lati liberi, sistema locale di riferimento, vincoli, carichi, forze, masse. La rappresentazione solida renderizzata consente di vedere le dimensioni assegnate agli elementi.
Interrogazioni del database dei dati: assegnazione di colori temporanei di selezione e visualizzazione (gruppi omogenei distinti per colore) a elementi o nodi con caratteristiche richieste (tipo di vincolo, tipo di elemento, tipo carico etc.) con operazioni booleane sugli insiemi selezionati.
Scripting interno: implementazione del linguaggio Lua per generare script in grado di automatizzare funzioni complesse.
Operazioni sui risultati: I risultati in Nòlian sono indipendenti dai dati e quindi possono essere oggetto di libere elaborazioni, comprese combinazioni e inviluppi tra condizioni base. In caso si usi l’opzione MultiStage (vedi Gestione delle fasi) si possono avere più insiemi di risultati anche afferenti a stadi diversi del modello e anche tra questi si possono eseguire operazioni complesse come l’individuazione degli inviluppi dei massimi delle sollecitazioni su molteplici stadi o evoluzioni temporali del modello.
Rappresentazioni dei risultati: deformate, forme modali, diagrammi degli sforzi (momento, taglio assiale). Sforzi equivalenti (membranali, flessionali, combinati, minimi, massimi) a mappatura di colori. Direzioni principali, qualità della mesh. Rappresentazioni combinate (tensioni-deformazioni, ad esempio) anche su modello solido. Rappresentazioni a mappatura di colori di valori definiti dall’utente tramite espressioni algebriche assegnate (qualsiasi combinazione di sforzi, di deformazioni, valori di sforzi comunque elaborati, minimi massimi secondo qualsiasi norma etc.).
Consultazione dei risultati: A dialogo. Selezionando uno o più elementi o nodi, si leggono nelle maschera di dialogo i tipi di risultati numerici richiesti. Non è richiesta la lettura di file o l’uso di altri programmi o l’uso di altri ambienti. La consultazione è immediata.
Possibilità di modifica dei dati: Qualsiasi dato può essere modificato in qualsiasi momento senza dover seguire una procedura predefinita. Sia esso geometrico, topologico o numerico.
Stampa dati: output dei dati e dei risultati su file in formato RTF o HTML. Formattazione tabellare tipica dei programmi a elementi finiti, con descrizione completa e ripetibile del modello e dei risultati, in cinque lingue. Formato dei caratteri assegnabile.
Riproduzioni grafiche: stampa e registrazione dell’immagine sullo schermo, anche renderizzata a colori. Si veda anche “Animazione”.
Animazioni: Animazione ed eventuale registrazione in formato AVI delle deformate e delle tensioni della struttura in analisi dinamica nel dominio del tempo. Inoltre, vi è la possibilità di registrare i punti di vista per un rapido richiamo e vi è la possibilità di generare un filmato che interpoli i valori tra due punti di vista registrati per visualizzare un “percorso” dei punti di vista o delle variazioni di valori.
Normative: poiché Nòlian è un programma per analisi strutturale, e quindi rivolto alla soluzione di un problema fisico, non è particolarmente vincolato ad alcuna normativa. Alcune richieste particolari di normativa sono rese più facili da soddisfare tramite l’implementazione di funzioni specifiche.
Certificazioni: Softing si è preoccupata fino dai primi anni di Nòlian del problema della validazione per dare una sicurezza in più ai propri clienti. Nòlian è stato quindi validato dal Politecnico di Milano fin dal 1986 attraverso una serie di casi-prova studiati appositamente. La Softing è certificata ISO 9002 per le procedure di assistenza, aggiornamento e modifica del software. La Softing è socio del NAFEMS, l’organismo internazionale per la preparazione di benchmark per la validazione del software. Nòlian ha un suo Manuale di Validazione con una serie di casi prova. Nòlian è stato definito “Prodotto strategico” da Apple Computer nel 1992 (targa d’argento) e ha ricevuto il “Designed for Windows” dalla Veritest per conto di Microsoft che ne attesta la rispondenza alle linee guida di Microsoft. La Softing è stata fondata nel 1983 e da allora produce software per ingegneria.