3D model generation and FEM analysis of Santa Maria Novella

Santa Maria Novella can be considered as a Masonry gothic church including different types of arches, vaults, pillars and walls. One of the most effective methods for structural analyzing of such a masonry building is implementing finite elements model analysis methods. In the procedure of the FEM analysis, the geometrical model must be developed then by considering various parameters such as elements type, materials, element connection properties, element interaction definition and support and constraint assignment then the finite elements model will be developed. For FEM analysis there are two possible methods for developing geometrical model, the first method is generating of 3D model of mono or bi dimensional elements which will be 3D model without thickness of the parts and the second method is the generation of complete 3D geometrical model according to the real tri dimensional elements of the structure then by defining other parameters the finite elements model will be developed. In this project by taking the data of geometrical survey and precise geometrical details of the element into consideration, the 3D model of the tri dimensional elements of the structured is generated and by assigning 3D linear elements type, the meshing model through all over the assembled model is developed and then by defining of materials, boundary conditions and all other required parameters the final FEM is achieved and finally the structural analysis is done by using Abaqus software. After completing the analysis the maximum and minimum principal stress will be demonstrated and they are compared with the previous results.

Santa Maria Novella a Firenze è una chiesa gotica in muratura che comprende diversi tipi di archi, volte, pilastri e pareti. Uno dei metodi più efficaci per l'analisi strutturale di un edificio in muratura di questa complessità è sviluppare un modello a elementi finiti. Nella procedura di analisi FEM, il modello geometrico deve essere sviluppato considerando elementi diversi per le varie parti della struttura e tenendo conto dei diversi materiali presenti, del tipo di interazione fra gli elementi strutturali e delle condizioni al contorno cinematiche e statiche. Per l'analisi FEM ci sono due possibili metodi per lo sviluppo del modello geometrico: il primo consiste nel generare un modello 3D composto da elementi mono- o bidimensionali, di trave e di guscio; il secondo metodo consiste nella generazione di un modello realmente 3D, che riproduca fedelmente la geometria della struttura. In questo lavoro di tesi, partendo dai dati di un rilievo mediante laser scaner di alcune parti della chiesa e da piante e sezioni disponbili, è stato generato un modello 3D estremamente accurato della struttura. Utilizzando elementi finiti tetraedrici lineari, è stata svolta l'analisi strutturale della chiesa sotto il peso proprio utilizzando il software Abaqus. L'analisi fornisce in particolare gli sforzi principali minimi e massimi, che vengono confrontati con i risultati ottenuti in precedenti lavori con modelli formati da travi e gusci e con il quadro fessurativo rilevato nella chiesa.