Flessioni e risultati FEM

Andrea Colagrossi

Vi propongo i risultati che ho ottenuto con l'analisi FEM di un tubo ottico come spiegato nel topic di qualche giorno fa (http://forum.astrofili.org/viewtopic.php?f=3&t=85344) dove chiedevo pareri sulle flessioni.
Il mio ragionamento è scritto nel primo messaggio di quel topic.

L'analisi FEM che ho condotto mi ha confermato quello che presupponevo. Conviene montare una barra di lunghezza intermedia, ne troppo lunga ne troppo corta.
Il modello sviluppato ha la corretta distribuzione di masse di un telescopio vero, nel caso in esame un OrionUK VX250, il tubo e la barra sono in lega di alluminio, il resto dei componenti hanno densità confrontabili con quelli reali.

Il vincolo è stato messo sull'aggancio della montatura e i carichi in gioco sono quelli determinati dalla forza di gravità, inclinata di 45° rispetto alla verticale del modello, quelli determinati dalla forza centrifuga dovuta all'inseguimento siderale (sarebbe in realtà trascurabile!) e quelli che simulano gli accessori: un carico di 1.5kg sul fok e uno da 3kg sulla barra superiore.

La variabile tra le simulazioni è lunghezza di barra, 35-47-53-61 cm

Per valutare i risultati sono analizzati gli spostamenti e le deformazioni della struttura. Gli spostamenti tengono anche conto delle rotazioni di corpo rigido in seguito a deformazione della barra e pertanto vanno combinati con l'analisi delle deformazioni.

Il risultato migliore si ha con la barra di 47cm che determina spostamenti e deformazioni minori.
La barra da 35cm flettendosi di meno riduce gli spostamenti ma non minimizza le deformazioni che sono più pericolosi per il degrado dell'immagine.
La barra da 61cm pur irrigidendo il tubo si flette di molto e pertanto induce dei grandi spostamenti e deformazioni nel complesso.

In generale ho tratto altre conclusioni.
-Il morsetto della montatura deve essere messo il più possibile al centro della barra, è preferibile bilanciare muovendo il tubo dentro gli anelli.
-Una guida fuori asse, quindi un carico maggiore sul fok senza carico sulla barra superiore, determina una torsione maggiore del tubo con una rotazione dello stesso attorno al suo asse ma determina minori deformazioni e pertanto flessioni trasversali del tubo. In conclusione migliora lo scenario per quanto riguarda le flessioni perché il carico sulla barra superiore flettendo la stessa genera flessioni ben maggiori di quelli dovuti a flessione/torsione del focheggiatore.

Di seguito allego le immagini che riportano gli spostamenti ricavati.

Spero di aver fatto un analisi che possa essere utile a qualcuno come lo è stata per me per confermare le ipotesi che avevo fatto.

Ho a disposizioni altri dati e altre immagini, se volete si può continuare la discussione nel merito.

Allegato:

Figure 2 Barra 47 cm.jpg [ 67.11 KiB | Osservato 2433 volte ]

Allegato:

Figure 2 .jpg [ 142.35 KiB | Osservato 2433 volte ]

ROCKNROLL

Molto interessante, grazie. Ma il programmino è di facile utilizzo? è free? vorrei magari fare qualche prova sul mio c8 dato che ora gli ho aggiunto ulteriore peso con il sistema di blocco dello specchio

Andrea Colagrossi

Grazie dell'interessamento :wink:

Che ti devo dire, il programmino (proprio -ino non è! :wink:

) non è tanto di facile utilizzo. Cioè, a spingere i bottoni non è complesso ma a tirare fuori risultati sensati non è una banalità. Nel senso che delle conoscenze di metodi numerici e analisi strutturale sono un vantaggio.
Io non sono un esperto strutturista in quanto mi occupo di meccanica del volo spaziale ma ho fatto almeno 4 esami di strutture all'università più un corso per usare il software in oggetto, che è Solidworks :wink:

Il programma utilizzato è nato più per il CAD 3D ma oramai integra molto bene semplici funzioni CAE/CAM tipo questa per le analisi FEM. Non è ai livelli dei software che usano NASTRAN e PATRAN ma risultati sensati li dovrebbe dare mettendo le opportune condizioni al contorno :wink:

Andrea Colagrossi

A dimenticavo, non è assolutamente free... Anzi costa qualche migliaia di euro credo :wink:

Io ho ancora valida la licenza accademica :wink:

fabio_bocci

I Newton per la fotografia hanno un insieme di problemi.
1. La cella ed il primario. Se si stringe troppo, il primario si deforma e vengono stelle triangolari, se si lascia troppo lasco poi si muove. Anche le variazioni termiche danno problemi di dilatazione differenziale tra cella e specchio se questo è di grosso diametro.
2. Il tubo si può flettere. La zona più critica è quella che sorregge il fuocheggiatore, il cui fissaggio non è mai realizzato bene, un foro per farci passare la parte scorrevole e 4 viti, al massimo dentro c'è un lamierino di rinforzo, che fa poco perchè non è mai saldato al tubo ma è solo bloccato con le stesse viti che bloccano il fuocheggiatore. Quindi un peso di qualche kg fa flettere la lamiera che regge il fuocheggiatore. Se lo dovessi fare io metterei due specie di diaframmi saldati al tubo in corrispondenza del fuocheggiatore.
3. Il sistema di supporto è spesso inadeguato, la barra a coda di rondine è lontana dal tubo e questo genera un momento a torsione della barra stessa, molto deleterio, le barre non sono disegnate per avere una buona rigidità a torsione (ad esempio le barre Vixen Skywatcher hanno scanalature longitudinali).
4. Gli spiders del secondario. Spesso molto, troppo sottili si possono flettere leggermente quando il tubo si sposta.

ROCKNROLL

aaaah è il famoso Solidworks!

non so quante volte l'avrò visto negli annunci di lavoro "richiesta conoscenza Solidworks" ecc ecc... ah ok niente allora, io in quanto a conoscenze mi fermo a "scienza delle costruzioni AB" e "tecnica delle costruzioni" tutte studiate con penna e matita e nessun mouse :lol:

Andrea Colagrossi

Grazie mille per il contributo...

@Rocknroll: Beh se non sei proprio a digiuno di analisi strutturale sei ben oltre la metà del lavoro per fare un analisi FEM, quindi devi solo imparare a spingere i bottoni :wink:

Di software free ne esistono per fare qualche analisi semplice, quindi potresti provare :wink:

@Fabio: Grazie mille per aver ribadito le problematiche meccaniche del newton che come ogni altro telescopio ha i suoi difetti :wink:

Sarebbe da stolti propagandare l'esistenza del tele perfetto

Le ben note problematiche a livello di flessione all'altezza del focheggiatore sono correttamente mostrate anche nell'analisi FEM che ho riportato, e ribadisce il concetto ben noto a tutti che quella è la parte più sollecita della struttura, sia per la presenza del carico concentrato del fok, sia per la maggiore lontananza dai punti di serraggio del tubo che a parità di torsione della struttura determina un angolo di rotazione maggiore.
Inoltre, un punto che tu hai ben notato e che l'analisi che ho svolto urla a gran voce, è la problematica della torsione della barra che induce flessioni e deformazioni sul tubo che essendo una struttura tubolare chiusa, benché in parete sottile, resiste bene a torsione.
Come si vede dall'analisi con la barra più corta, che soffre meno di rotazioni di torsione, gli spostamenti sono limitati ma aumentano le deformazioni a causa delle maggiori sollecitazioni di flessione trasversale determinate a causa della minore rigidezza della struttura risultante.

Massimo Costa

Non per fare quello che la sa lunga, ma sono anni che penso che le differenze di prestazioni tra strumenti sulla carta egualmente ottimi, ma nella pratica no, siano dovute principalmente a problemi meccanici. Ma più che problemi, forse solo dimensionamenti approssimativi, scelte spannometriche, qui ci mettiamo il carbonio, qui l'alluminio cnc, la cella su 79 punti e poi incrociamo le dita. Ma, guarda caso, gli strumenti che sicuramente hanno beneficiato di una progettazione FEM vera, non solo sbandierata, hanno prestazioni superiori, basta guardare le foto che producono. Solidworks costa una cifra ancora accettabile anche per un piccolo costruttore e non credo che il problema sia il prezzo, è che fargli dare delle risposte sensate presuppone uno che lo sappia usare, magari non solo per fare il semplice disegno 3D.

M.

Andrea Colagrossi

Io non credo che sia un problema a trovare un tecnico, non dico un ingegnere, che sappia fare analisi strutturali. Non capisco perché non lo facciano.

vaelgran

Cita:

Io non credo che sia un problema a trovare un tecnico, non dico un ingegnere, che sappia fare analisi strutturali. Non capisco perché non lo facciano.

Perché poi il più delle volte ti rendi conto che un newton da 20cm "fatto bene" peserebbe 22 kg e a quel punto non ha più mercato, perché chi è tra noi astrofili che prende un Eq8 o una G42 per montargli sopra un newton da 20cm?

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