In questo articolo impareremo come scegliere il solutore per le nostre analisi, scelta da effettuarsi in funzione del modello che si vuole calcolare e per quali tipi di analisi.

Non tutti i solutori sono uguali. NextFEM Designer supporta 3 solver diversi:

- Il solver di default, una versione modificata di OOFEM,

- OpenSees,

- CalculiX.

Non tutti i solver sono adatti a tutti i modelli, perché le loro capacità sono diverse pur svolgendo tutti la cosiddetta analisi strutturale. La prima distinzione va fatta sulla tipologia di modello e su quali elementi lo compongono. Un ingegnere meccanico sarà infatti interessato a risultati diversi da quelli che cerca un ingegnere civile, perché cambia l’oggetto analizzato anche a parità di tipo di analisi (es. analisi statica non lineare):

- per il primo si tratterà di una parte meccanica, per la quale sarà importante analizzare gli stress della struttura, modellare parti in contatto e utilizzare un modello di materiale non lineare,

- mentre nella progettazione delle costruzioni si vuole valutare la sollecitazione in ogni elemento della struttura ad un scala diversa, considerando effetti macroscopici come il sisma, ed eventualmente una plasticità concentrata già preconfigurata in alcune posizioni del modello (es. agli estremi di trave, con cerniere plastiche).

Ebbene, la scelta del solutore può influenzare il tipo di risultati ottenuto e le possibilità di analisi:

- Il solver di default permette di eseguire tutte le analisi impostabili in NextFEM Designer ed è ottimizzato per tutti i tipi di risultati da fornire (sollecitazioni, stress, deformazioni, forze e momenti per unità di lunghezza) in tutti i tipi di elementi (molle, aste, travi, shell, solidi).

- Il solver OpenSees, da scaricare dal suo sito ufficiale, permette di eseguire facilmente analisi non lineari con una migliore convergenza. Per questo motivo NextFEM Designer supporta anche i OpenSees tutti i suoi elementi, molle e cerniere non lineari.
OpenSees è sviluppato in ambito di ricerca accademica, e non sempre include le procedure di stress recovery necessarie all’utente. NextFEM Designer sopperisce in questo, implementando ad esempio la restituzione degli stress ai nodi invece che ai punti di Gauss per gli elementi shell, oppure la ricostruzione dei diagrammi di sollecitazione per elementi beam.
Infine, NextFEM Designer ha supportato per primo, tramite una libreria esterna, le analisi a spettro di risposta (RS) in OpenSees. Pur essendo ora supportata direttamente in OpenSees, Designer conduce le analisi RS con la propria libreria che è stata sviluppata e validata internamente.

- Il solver CalculiX, da scaricare nella sua versione per Windows dal sito del suo sviluppatore principale, è un solutore che si concentra sulla parte meccanica, espandendo ad esempio le travi con sezione rettangolare e circolare in solidi e quindi procedendo al calcolo. In questo solutore non sono supportate le analisi PDelta per gli elementi beam a 2 nodi, le analisi RS e le analisi con elementi molla o cerniera non lineari. È quindi preferibile per le analisi con i solidi, sia di primo (tetra, wedge, hexa) che di secondo ordine (tetra10, wedge15, hexa20) che NextFEM Designer supporta. In CalculiX tutti i carichi sono riportati a carichi nodali.

Le impostazioni del solver sono riassunte nella maschera Opzioni / tab. Solutori.

È possibile quindi analizzare un modello con tutti i solutori supportati, in modo equivalente. A fini di validazione del calcolo, è possibile ad esempio analizzare una struttura con il solver integrato e poi con OpenSees per confronto dei risultati, soprattutto per quanto riguarda le analisi non lineari statiche o dinamiche.

Per il solver di default, è possibile anche scegliere il tipo di solutore del sistema di equazioni nel riquadro Solutore.

- Standard è un solutore non ottimizzato per la velocità, che riesce però a segnalare la presenza di eventuali labilità e individuare il nodo che le origina;

- DSS è un solver veloce che permette di risparmiare RAM durante il calcolo; è adatto quindi ai modelli molto estesi;

- SPOOLES è anch’esso un solver veloce, che massimizza la velocità rispetto all’occupazione di memoria. È quindi preferibile una volta che nel modello non siano presenti labilità da individuare.

Nello stesso riquadro delle opzioni dei solutori, troviamo un’opzione relativa al “Grado della baseline correction”, che influenza le sole analisi dinamiche lineari e non con in input uno o più accelerogrammi alla base. Il numero specifica il grado del polinomio utilizzato per riportare la storia di spostamento derivabile dalla storia di accelerazione ad uno spostamento nullo finale; in altre parola serve ad annullare lo spostamento assoluto residuo del terreno tipico delle registrazioni sismiche.