{"id":8188,"date":"2026-03-26T07:46:08","date_gmt":"2026-03-26T06:46:08","guid":{"rendered":"https:\/\/daes.pro\/non-categorizzato\/caricamento-delle-onde-in-ansys-mechanical-esempio-dettagliato\/"},"modified":"2026-04-14T11:08:18","modified_gmt":"2026-04-14T09:08:18","slug":"caricamento-delle-onde-in-ansys-mechanical-esempio-dettagliato","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/daes.pro\/it\/articoli\/caricamento-delle-onde-in-ansys-mechanical-esempio-dettagliato\/","title":{"rendered":"Caricamento delle onde in ANSYS Mechanical – Esempio dettagliato"},"content":{"rendered":"\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t

Introduzione<\/span><\/h2>\n

La progettazione di strutture offshore e nearshore richiede una valutazione accurata delle forze idrodinamiche dovute a onde e correnti. ANSYS Mechanical offre un modulo dedicato, il Modulo Offshore<\/strong>, che consente agli ingegneri di simulare questi effetti direttamente nell’ambiente di analisi strutturale. <\/p>\n

Il modulo Offshore, basato sulla libreria di comandi OCEAN APDL<\/strong>, \u00e8 accessibile dalla barra degli add-on<\/em> di ANSYS Mechanical (Figura 1). Supporta le teorie delle onde lineari e non lineari, consentendo la simulazione delle interazioni onda-corrente su geometrie 3D complesse senza dover ricorrere a software CFD specializzati. <\/p>\n

\"immagine\"

<\/p>\n<\/figure>\n

Figura 1: Modulo Offshore in ANSYS Mechanical<\/strong><\/p>\n

In questo studio, le capacit\u00e0 del modulo Offshore sono state dimostrate attraverso l’analisi del carico d’onda su una struttura a camicia immersa nel lago di Ginevra, lo specchio d’acqua pi\u00f9 vicino agli uffici di DAES.<\/p>\n

Nota: l’effetto del getto d’acqua non \u00e8 stato preso in considerazione!<\/em><\/p>\n

\"immagine\"<\/b><\/figure>\n

Figura 2: Modello utilizzato per calcolare le onde<\/strong><\/p>\n

\n

Impostazione del caso di studio<\/span><\/h2>\n

Descrizione del sito<\/span><\/h3>\n

Il lago di Ginevra \u00e8 un caso di studio interessante per la sua geometria, l’esposizione al vento e la batimetria. La sua profondit\u00e0 massima \u00e8 di circa 307 m<\/strong> nella zona centrale. Il vento prevalente proviene da nord-est, allineato con l’asse principale del lago, che incanala le onde verso la baia di Ginevra, pi\u00f9 stretta e meno profonda, favorendone l’amplificazione (vedi Figura 3). <\/p>\n

\"immagine\"<\/figure>\n

Figura 3: Batimetria del Lago di Ginevra e zoom vicino a Ginevra<\/strong><\/p>\n

Per questo esempio, consideriamo che la struttura si trova in questa baia, nel punto in cui il lago sfocia nel Rodano, che aggiunge una corrente significativa.<\/p>\n

\n

Descrizione della struttura<\/span><\/h2>\n

Come illustrato nella Figura 2, la struttura studiata \u00e8 una giacca a quattro gambe che misura :<\/p>\n

    \n
  • 7 m di altezza<\/strong> (di cui 2 m sopra il livello medio dell’acqua)<\/li>\n
  • 4 m di larghezza<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n

    Ipotesi di modellazione :<\/p>\n

      \n
    • Tipo di elemento : BEAM188<\/strong><\/li>\n
    • Profondit\u00e0 dell’acqua: 5 m<\/strong><\/li>\n
    • Asse verticale globale: asse z<\/strong><\/li>\n
    • Condizioni al contorno: completo incorporamento alla base delle gambe (nessuna interazione terreno-palo per semplicit\u00e0)<\/li>\n<\/ul>\n

      Sebbene ANSYS possa modellare l’interazione palo-suolo (utile per le fondazioni profonde), questa funzione non \u00e8 stata utilizzata in questo caso per semplificare lo studio.<\/p>\n

      \n

      Definizione di condizioni d’onda<\/span><\/h2>\n

      Il modulo Offshore viene aggiunto al ramo Solution<\/em> del modello (vedi Figura 6). Alcuni parametri vengono impostati automaticamente, ma la scelta della teoria delle onde e delle condizioni ambientali deve essere fatta con attenzione dall’utente. <\/p>\n

      Esistono due approcci principali:<\/p>\n

        \n
      • Onda regolare (singola)<\/strong>: per analisi allo stato limite ultimo (ULS)<\/li>\n
      • Spettro d’onda<\/strong>: per rappresentare stati del mare casuali (fatica)<\/li>\n<\/ul>\n

        In questa analisi, le condizioni estreme sono state estratte dal database Swisslake.net per un periodo di ritorno di 50 anni<\/strong> nel Golfo di Ginevra:<\/p>\n

          \n
        • Altezza massima dell’onda: Hmax = 1,25 m<\/strong><\/li>\n
        • Periodo d’onda: T = 4,4 s<\/strong><\/li>\n<\/ul>
          \"immagine\"<\/figure>\n
          \"\"Figura 4: Condizioni estreme nel Golfo di Ginevra

          <\/strong><\/figure>\n

          Dati i parametri di profondit\u00e0 e d’onda, si applica il regime di profondit\u00e0 intermedia. Le teorie adattate sono :<\/p>\n

            \n
          • Funzione corrente del 5\u00b0 ordine<\/li>\n
          • Stokes di ordine 3<\/li>\n<\/ul>\n
            \"immagine\"<\/figure>\n

            Figura 5: Area di validit\u00e0 delle teorie ondulatorie<\/strong><\/p>\n

            La simulazione viene quindi effettuata utilizzando la teoria della funzione di corrente<\/strong>, con uno spostamento di fase di 180\u00b0 per catturare completamente il picco dell’onda (ciclo completo di depressione, picco e depressione).<\/p>\n

            \u00c8 inoltre importante verificare che la lunghezza d’onda superi la larghezza della struttura in modo che sia completamente soggetta al movimento dell’onda.<\/p>\n

            Figura 6: Definizione dei parametri delle onde<\/strong><\/p>\n

            \n

            Attuale<\/span><\/h2>\n

            In assenza di misurazioni locali, si ipotizza una velocit\u00e0 della corrente superficiale di 1 m\/s<\/strong>, che rappresenta gli effetti combinati del vento e del flusso del Rodano.<\/p>\n

            Si presume che la corrente sia allineata con l’onda (orientamento NE), ma un disallineamento pu\u00f2 essere facilmente modellato.<\/p>\n

            Esistono parametri avanzati (coefficienti idrodinamici, masse aggiunte, ecc.) ma non sono trattati in questa sede.<\/p>\n

            Viene eseguita un’analisi transitoria su un intero periodo d’onda(4,4 s<\/strong>).<\/p>\n

            \n

            Risultati e post-elaborazione<\/span><\/h2>\n

            Il modulo Offshore fornisce diversi parametri idrodinamici tramite uscite personalizzate:<\/p>\n

              \n
            • velocit\u00e0 del fluido<\/li>\n
            • accelerazione<\/li>\n
            • pressione dinamica<\/li>\n
            • ampiezza dell’onda<\/li>\n
            • forze idrodinamiche<\/li>\n<\/ul>\n

              (Tabella 1: variabili disponibili – mantenute cos\u00ec come sono)<\/p>\n

              \n

              Elevazione dell’onda<\/span><\/h2>\n

              La Figura 7 mostra l’evoluzione della superficie libera nel tempo.<\/p>\n

              L’onda non lineare ha :<\/p>\n

                \n
              • una cresta a +720 mm<\/strong><\/li>\n
              • un avvallamento a -530 mm<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n

                L’altezza totale corrisponde a :<\/p>\n

                H = 720 – (-530) = 1250 mm = 1,25 m<\/strong><\/p>\n

                L’onda viene quindi riprodotta correttamente.<\/p>\n

                \n

                Profili di velocit\u00e0<\/span><\/h2>\n

                La Figura 8 mostra la distribuzione della velocit\u00e0 delle particelle d’acqua:<\/p>\n

                  \n
                • Profilo “solo corrente”: da 1 m\/s in superficie<\/strong> a 0 m\/s in basso<\/strong><\/li>\n
                • Profilo “onda + corrente”: velocit\u00e0 massima \u2248 2,2 m\/s<\/strong> sulla cresta \u2192 interazione costruttiva tra onda e corrente<\/li>\n<\/ul>\n
                  \n

                  Forze idrodinamiche e risposta strutturale<\/span><\/h2>\n

                  Le forze idrodinamiche tangenziali (Fx) sugli elementi della trave sono riportate nella Figura 9.<\/p>\n

                  Risultati :<\/p>\n

                    \n
                  • variazione periodica in base al carico d’onda<\/li>\n
                  • valori massimi e minimi tracciati su un ciclo<\/li>\n<\/ul>\n
                    \n

                    Spostamento della struttura<\/span><\/h2>\n

                    La Figura 10 mostra lo spostamento totale (amplificato \u00d74,3 per la visualizzazione).<\/p>\n

                    La modalit\u00e0 di deformazione corrisponde al comportamento di flessione previsto in caso di carico combinato di onde e corrente.<\/p>\n

                    \n

                    Vincoli<\/span><\/h2>\n

                    La Figura 11 mostra le sollecitazioni combinate nelle travi.<\/p>\n

                    Risultato:<\/p>\n

                      \n
                    • sollecitazione massima \u2248 250 MPa<\/strong> alla base incorporata<\/li>\n<\/ul>\n

                      \u2192 La struttura resiste all’evento estremo se \u00e8 realizzata in acciaio con un limite superiore a 250 MPa.<\/p>\n

                      \n

                      Conclusioni<\/span><\/h2>\n

                      Questo studio dimostra l’uso del modulo Offshore di ANSYS Mechanical per simulare le forze idrodinamiche dovute alle onde su una struttura offshore immersa nel lago di Ginevra.<\/p>\n

                      Punti chiave:<\/span><\/h2>\n
                        \n
                      • La teoria della funzione di corrente<\/strong> modella efficacemente le onde non lineari in un ambiente lacustre<\/li>\n
                      • Il modulo Offshore fornisce risultati dettagliati (velocit\u00e0, accelerazioni, pressioni, forze) senza dover ricorrere alla CFD.<\/li>\n
                      • L’interazione onda-corrente genera una velocit\u00e0 superficiale massima di circa 2,2 m\/s<\/strong>, che ha una forte influenza sulla risposta strutturale.<\/li>\n<\/ul>\n

                        Questo flusso di lavoro pu\u00f2 essere esteso a :<\/p>\n

                          \n
                        • interazione palo-suolo<\/li>\n
                        • analisi della fatica<\/li>\n
                        • ottimizzazione dei progetti offshore e nearshore<\/li>\n<\/ul>

                          <\/div>

                          <\/div>\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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