HSH Straus7 - BASE Solutore strutturale ad elementi finiti (FEM) Linea Straus7

Straus7 è il software per analisi lineari e non lineari di strutture in ambito statico e dinamico. Dispone di un ambiente totalmente integrato di pre e post-processamento del modello e di una ampia gamma di solutori per le diverse analisi. 
Tutti i moduli che compongono il sistema di calcolo sono stati implementati da un unico staff di sviluppatori ed integrati in modo coerente all’interno di un’interfaccia grafica potente, ma di facile utilizzo.

Il modulo base di Straus7 è composto da un'interfaccia grafica utente che consente di creare, modificare e manipolare modelli ad elementi finiti. Inoltre, il modulo fornisce gli strumenti necessari per visualizzare i risultati e per il post-processing.
Tra i solutori inclusi nel modulo base ci sono il solutore lineare statico e dinamico, il solutore lineare nel transitorio strutturale, il solutore per l'analisi sismica, per l'analisi spettrale e armonica, e i solutori termici sia in regime stazionario che nel transitorio termico.
- Pre Processore.
- Post Processore.
- Importazione ed esportazione formati IGES, STEP, STL e DXF.
- Importazione formati SAT, 3DM.
- Importazione ed esportazione formati NASTRAN, ANSYS.
- Importazione formati STAAD-Pro, SAP2000.
- Solutore Linear Static.
- Solutore Linear Buckling.
- Solutore Natural Frequency.
- Solutore Harmonic Response.
- Solutore Spectral Response.
- Solutore Linear Transient Dynamic.
- Solutore Steady State Heat.
- Solutore Transient Heat.

PRE-PROCESSAMENTO
» GENERALITA'
Il codice ad elementi finiti Straus7 dispone di funzioni di pre-processamento generali per l’inserimento manuale diretto di modelli ad elementi finiti. Sono, a questo riguardo disponibili diversi strumenti quali:

• Operazioni di copia, estrusione, scala, sposta e specchia, per l’inserimento agevole di nodi ed elementi.

• Tutte le operazioni possono essere condotte relativamente a sistemi di coordinate generici di tipo cartesiano, cilindrico, sferico, toroidale.

• Suddivisione automatica di elementi con mantenimento delle condizioni al contorno.

• Funzioni per l’infittimento automatico di modelli bi e tri-dimensionali.

• Funzioni specifiche per il trattamento di sistemi di aste importate da formato DXF.

• Funzioni automatiche di allineamento per assi locali in elementi monodimensionali.

• Funzioni per l’assegnazione automatica di offsets nodali, in relazione al tipo di sezione utilizzato.

• Generazioni automatica di piani rigidi o cluster rigidi.

Molte delle operazioni di creazione dei modelli possono essere eseguite con modalità di copia-incolla da altri programmi. Tali modalità si estendono anche all’interno delle finestre di una sessione di Straus7. Risulta allora facile la costruzione separata di sotto-modelli ed il loro assemblaggio finale. Le entità possono essere associate a gruppi logici per facilitare le operazioni di inserimento del modello o lettura dei risultati.

» GENERAZIONE DELLA MESH/MODELLO – FUNZIONI GENERALI
Straus7 genera in modo automatico mesh bi-dimensionali con elementi principalmente quadrangolari (‘quad-dominant’) di elevata qualità.

» STRUMENTI DI CONTROLLO E VERIFICA DEI MODELLI
Straus7 rende disponibili strumenti molto validi per il controllo della correttezza dei modelli ad elementi finiti:

• Determinazione in modo grafico di discontinuità nodali interne al modello.

• Restituzione grafica degli istogrammi delle grandezze caratterizzanti la qualità del modello (ad esempio fattori di forma e parametri legati alla distribuzione delle ampiezze degli angoli interni per elementi bi e tri-dimensionali).

• Rappresentazione grafica dei carichi applicati.

» IMPORTAZIONE DI DATI DA CATALOGO/DATABASE
Straus7 dispone di una vasta biblioteca di profili commerciali mondiali oltre ad un notevole numero di librerie per i più diffusi materiali da costruzione (acciai, calcestruzzo, legno, alluminio, vetro ed altri). Le caratteristiche statiche di una sezione generica possono essere importate e lette da Straus7 per essere utilizzate e visualizzate in modalità realistica solida all’interno dell’ambiente di calcolo. L’utente, inoltre, ha un notevole controllo sulla personalizzazione delle librerie, potendone creare di proprie o modificare le esistenti.

TIPI DI ANALISI
» ANALISI STATICHE LINEARI
• Il solutore utilizzato per i sistemi lineari di equazioni generate in Straus7 è di tipo sparso con pre-ordinamento ottimale (fill-in reducing) delle equazioni. Tale solutore ha dimostrato un buon comportamento sia dal punto di vista dello spazio occupato dalle matrici su disco, sia come prestazioni in termini di tempo. Diviene quindi eseguibile in tempi accettabili anche la soluzione di modelli complessi (eventualmente generati in automatico da geometrie), con diverse centinaia di migliaia di equazioni.

• L'intera messaggistica del solutore è trasmessa ad un file di log. E’ inoltre disponibile un visualizzatore di log files integrato con l’ambiente, in grado di filtrare le diverse informazioni per il controllo delle sole quantità oggetto di interesse.

• Salvataggio automatico di sotto-modelli per operazioni di zooming strutturale in diverse condizioni di carico.

» COMBINAZIONI – INVILUPPI
• Possibilità di inserire un numero qualsiasi di combinazioni di carico con coefficienti definiti dall’utente. Non è necessario rilanciare il solutore statico lineare per la definizione o modifica delle combinazioni.

• Possibilità di combinare file di risultato diversi, con estensione a combinazioni SRSS di soluzioni spettrali corrispondenti a direzioni sismiche diverse. Questo viene considerato dal testo della ordinanza 3274 come il modo privilegiato di combinazione per le varie direzioni dell’azione sismica.

• Capacità estese di inviluppi:

- Inviluppi in sovrapposizione per la determinazione di condizioni più gravose in relazione a combinazioni note.

- Inviluppo in combinazione. Essi permettono a Straus7 di combinare quelle condizioni che producono gli effetti estremi sulle membrature o entità bi o tri-dimensionali.

- Inviluppi con fattori. Essi costituiscono un tipo di inviluppo piuttosto complesso tale da poter automatizzare le combinazioni di carico per stati limite ultimi e di esercizio in relazione a normative attuali.

• Sono inoltre a disposizione modalità per l’ottenimento delle quantità risultanti in equilibrio con un valore estremo ottenuto negli inviluppi.

» ANALISI DELLE FREQUENZE PROPRIE

• Straus7 dispone di un solutore alle frequenze proprie basato sul metodo del sottospazio. Possibilità di operare uno ‘shift’ nel calcolo in frequenza. Controllo dei risultati ottenuti tramite sequenza di Sturm. Calcolo del coefficienti di partecipazione modale in qualunque direzione nello spazio, direttamente nel calcolo delle frequenze.

• Funzioni per l’introduzione di rigidezze tangenti (passo specifico di una soluzione non lineare) nel calcolo delle frequenze proprie. E’ inoltre possibile considerare l’influenza dello stato tensionale nell’estrazione delle autocoppie.

• L’utente ha pieno accesso ai parametri utilizzati dal solutore come tolleranze, numero di iterazioni, formulazione delle masse ed altro.

» ANALISI MODALE A SPETTRO DI RISPOSTA

• Straus7 genera risultati modali, combinazioni SRSS e CQC (opzionalmente alcuni di questi possono essere esclusi) per ogni vettore di direzione spaziale definito.

• Sono supportate analisi a spettro di rispostageneriche in termini sia di accelerazioni alla base, sia di velocità o spostamenti.

• Le forze d’inerzia generate nei singoli modi oppure la loro combinazione SRSS e CQC possono essere ottenute in modo esplicito e possono essere importate come distribuzioni di spinta per analisi di pushover.

» ANALISI DI BUCKLING

• Nell'ambiente di Straus7 l’utente può generare analisi di buckling lineare partendo da stati di tensione lineari con rigidezze iniziali o da stati tangenti di rigidezza provenienti da passi non lineari di soluzione.

RAPPRESENTAZIONE DELLE DEFORMATE E DELLO STATO TENSIONALE

• Rappresentazione realistica di elementi monodimensionali anche definiti dall’utente. Gli elementi monodimensionali possono essere rappresentati in modalità solida anche con riferimento allo stato tensionale.

• E’ possibile la rappresentazione in multivista delle deformate dei singoli modi di vibrare per una rapida comparazione.

• Straus7 può generare in modo automatico animazioni in relazioni a deformate modali (anche in multivista) o singoli risultati statici o dinamici. Le animazioni possono essere poi salvate in formato auto-eseguibile oppure come una serie di diapositive (JPG o BMP).

Straus7 dispone dei seguenti strumenti di post-processing:

• Rappresentazioni a mappe di colori di quantità risultanti. Le rappresentazioni si estendono a diagrammi di sollecitazione per elementi trave oltre a quantità vettoriali come reazioni vincolari o tensioni principali.

• Rappresentazioni di deformate amplificate. E’, a questo riguardo, degno di nota la possibilità di salvare il modello con una configurazione deformata sovrapposta alle coordinate originarie. Ciò consente lo studio di eccentricità accidentali in procedure incrementali non-lineari.

• Interrogazione di quantità risultanti riferite ad entità singole. Per ogni singolo nodo o elemento è possibile l’estrazione di tutte le quantità di post processamento dei risultati. L’utente può inoltre trovare, in modo automatico, le entità che rendono estreme le quantità considerate.

• Straus7 consente la generazione di grafici bidimensionali in relazione a:

- Variazione della posizione per un singolo caso risultante.

- Variazione del caso risultante per una singola quantità osservata.

- Serie di punti anche non allineati per il tracciamento della quantità di interesse in percorsi qualunque.

• Straus7 dispone di una funzione per ottenere la lista completa delle quantità risultanti in formato di foglio elettronico. Tutti i dati sono utilizzabili in altre applicazioni, anche terze, mediante semplici operazioni di copia-incolla.

Per gli elementi tridimensionali è possibile ottenere sezioni in posizioni qualunque riferite a sistemi di coordinate cartesiani, cilindrici, sferici e toroidali. Straus7 determina in modo automatico l’integrale delle quantità visualizzate determinando i loro momenti statici anche rispetto al baricentro della sezione.

POST-PROCESSAMENTO
La release 2.3 di Straus7 non dispone in origine di alcun post-processore finalizzato alla verifica di materiali particolari in relazione a normative specifiche. Nella logica di implementazione del codice di calcolo sono a disposizione dell’utente i seguenti strumenti per la personalizzazione ed il post-processamento specifico dei risultati:

• Il modulo API mette a disposizione dell’utente un modo facile di automatizzare le proprie procedure di verifica.

• La restituzione delle quantità risultanti in forma tabulare ne consente un facile recupero tramite operazioni di copia-incolla od esportazione su file di testo.

» INTERFACCE DISPONIBILI IN USCITA
Straus7 dispone delle seguenti interfacce di uscita in relazione ad applicazioni sia di tipo CAD che CAE:

• Formato proprio in testo ASCII. Tale formato consente la compatibilità a ritroso tra le varie release di Straus7.

• Formato MSC-NASTRAN. Tale formato viene considerato un formato standard di scambio per applicazioni CAE.

• Formato AutoCAD DXF. E’ possibile il salvataggio automatico in formato DXF. Le membrature possono essere esportate sia in modalità unifilare che solida. La gerarchia di gruppi definita in ambiente Straus7 può essere mappata definendo molteplici ‘layer’ in AutoCAD.

• Immagini statiche del modello possono essere esportate in formati quali BMP (Windows Bitmap) oppure JPG a diversi livelli di compressione.

BIBLIOTECA DI ELEMENTI

» ELEMENTI FINITI TIPO ‘TRAVE’

» ATTRIBUTI DELL' ELEMENTO FINITO TRAVE

» ELEMENTI FINITI TIPO PIASTRA/GUSCIO

» FORMULAZIONI PER ELEMENTI BI-DIMENSIONALI

»TIPI DI ATTRIBUTO DISPONIBILI PER GLI ELEMENTI BIDIMENSIONALI

» ELEMENTI FINITI TRIDIMENSIONALI

» LEGGI DI VARIABILITA' PER TUTTI GLI ELEMENTI IN LIBRERIA

DOCUMENTAZIONE
» DOCUMENTAZIONE DISPONIBILE
Vengono resi disponibili all’utenza i seguenti manuali di utilizzo:

• Manuale introduttivo all’utilizzo di Straus7. Questo manuale descrive in maniera semplice le funzioni che vengono utilizzate più di frequente per la creazione e la verifica di correttezza dei modelli.

• Manuale teorico con più di 400 pagine contenente i dettagli relativi a:

- Equazioni fondamentali

- Leggi costitutive implementate.

- Elementi monodimensionali.

- Elementi bidimensionali.

- Elementi Tridimensionali.

- Implementazioni di Links.

- Teoria ed implementazione dei solutori.

- Non linearità di materiale.

- Non linearità geometrica.

- Dettagli sulle metodologie numeriche implementate.

• Tutorial. Il manuale di introduzione all’utilizzo di Straus7 include numerosi tutorial descritti passo-passo per una prima familiarizzazione con il pre-processamento, il post-processamento e la soluzione dei modelli.

• Tutorial per il modulo di generazione automatica della mesh. Questo tutorial include numerosi esempi che illustrano le funzionalità offerte da Straus7 in relazione alla riparazione di una geometria importata da ambiente CAD. Vengono discusse inoltre l’assegnazione di attributi di carico e vincolo al modello geometrico importato, ed i parametri da utilizzare per una generazione ottimale di elementi bi e tri-dimensionali.

• Manuale delle API (Application Programming Interface) di Straus7. Il modulo noto come API di Straus7 è pienamente documentato, con esempi di codice e particolarità di utilizzo per i vari compilatori supportati.

» HELP ON-LINE
E’ disponibile un esteso help in linea sensibile al contesto. Esso contiene tutte le informazioni di utilizzo dell’interfaccia oltre a un esteso numero di argomenti teorici che aiutano l’utente nell’utilizzo dei diversi solutori.

» DOCUMENTAZIONE DI VALIDAZIONE
A disposizione degli utenti di Straus7 è stato redatto un “Verification Manual” che include oltre 100 test di validazione per i diversi modelli costitutivi presenti in Straus7, differenziati sulla base dei solutori impiegati. Tali test si riferiscono agli standard NAFEMS ed includono problemi lineari, non lineari, statici e dinamici.

Straus7 è un software di calcolo e progettazione per l'ingegneria ad elementi finiti, utilizzato in tutto il mondo da importanti studi di progettazione, imprese di costruzioni, enti pubblici e università. È noto per la sua facilità d'uso, la sua completa integrazione in Windows e la sua flessibilità grazie alla disponibilità di licenze stand alone o network. Il software offre una serie di funzioni di pre-processing per l'inserimento diretto di modelli a elementi finiti, tra cui copia, estrusione, scala, spostamento e riflessione, nonché una facile inserzione di nodi ed elementi. Il software consente anche il trattamento di sistemi di aste importati dal formato DXF e l'allineamento degli assi locali negli elementi monodimensionali. Inoltre, il software fornisce la possibilità di assegnare automaticamente offsets nodali in base al tipo di sezione utilizzata e di generare automaticamente piani rigidi o cluster rigidi.
Straus7 offre la possibilità di lavorare su più modelli contemporaneamente, con la possibilità di scambiare i dati tra i modelli utilizzando gli strumenti di taglia-incolla e risolvere più modelli insieme. Il software offre anche funzionalità illimitate di undo e redo, consentendo di annullare tutte le modifiche effettuate su un modello senza problemi di complessità del modello o del numero di entità influenzate.
Il software produce mesh bi-dimensionali di alta qualità con predominanza di elementi quadrangolari in modo automatico, e mette a disposizione degli utenti strumenti per il controllo della corretta implementazione dei modelli a elementi finiti. È possibile rilevare le discontinuità nodali interne al modello mediante rappresentazione grafica, visualizzare gli istogrammi delle grandezze che definiscono la qualità del modello e mostrare graficamente i carichi applicati.
Straus7 è altamente personalizzabile, offrendo molte opzioni per la rappresentazione grafica, la definizione dei colori, della sorgente di luce e della prospettiva. Inoltre, è possibile configurare l'allocazione dei file, migliorando il lavoro in rete attraverso la condivisione di file specifici su una unità dedicata e lasciando i file temporanei su una macchina diversa, come un PC più veloce.
Infine, l'applicazione Rondò consente l'accoppiamento BIM tra Straus7 e i software BIM per le strutture in acciaio, offrendo la funzionalità di BIM Coupling. Rondò consente di esportare gli elementi strutturali in acciaio e le relative connessioni dal modello FEM al BIM.
Straus7 è il software per analisi lineari e non lineari di strutture in ambito statico e dinamico. Dispone di un ambiente totalmente integrato di pre e post-processamento del modello e di una ampia gamma di solutori per le diverse analisi. 
Tutti i moduli che compongono il sistema di calcolo sono stati implementati da un unico staff di sviluppatori ed integrati in modo coerente all’interno di un’interfaccia grafica potente, ma di facile utilizzo.

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