ANALISI FEM E CINETODIMANICA

L’Analisi Cinetodinamica simula di meccanismi composti da più corpi rigidi interconnessi tra loro. La simulazione calcola le caratteristiche cinetiche (spostamento, velocità, accelerazione) e dinamiche (forze e momenti) che caratterizzano il sistema. Il codice di calcolo, noti i vincoli, le proprietà di massa e i carichi esterni, consente di valutare le reazioni vincolari e le forze di inerzia agenti sui membri del meccanismo. I risultati delle simulazioni cinetodinamiche definiscono, insieme ai vincoli ed alle forze esterne, le condizioni al contorno per le Analisi agli Elementi Finiti sui componenti del meccanismo.

Una simulazione FEM (acronimo di Finite Element Analysis), ovvero Analisi agli Elementi Finiti, è equiparabile a quanto accade su un banco prova: si ha un prototipo virtuale costituito da un modello CAD 3D, realizzato con caratteristiche meccaniche e materiali noti. Esso viene testato attraverso prove di resistenza statica a forze di trazione, compressione oppure torsione in modo da poterne studiare ingegneristicamente il comportamento.

Nell’ultimo ventennio i codici di calcolo e i software che implementano i calcoli strutturali hanno avuto un ruolo importante e diffuso. Oggi molte aziende richiedono una verifica di fattibilità del prodotto con analisi strutturali e simulazioni:

  • in fase di progettazione e quindi prima della costruzione della macchina, allo scopo di verificare e prevedere i margini di resistenza, sicurezza e/o durata di un certo componente o della macchina nel suo complesso

  • in qualunque momento successivo alla costruzione, per cercare di comprendere le ragioni e di individuare le possibili soluzioni per eventuali rotture o errori inattesi verificatisi su particolari o macchine già in produzione

Utilizzando i calcoli a elementi finiti FEM si possono agevolmente individuare:

  • punti critici o deboli delle strutture

  • eccesso o difetto di materiale

  • cattiva distribuzione delle masse

  • stati di sollecitazione

  • stati di deformazione

  • punti di rottura

I vantaggi dell’utilizzo di queste nuove tecnologie risiedono chiaramente sui costi abbattuti dalla realtà virtuale e dalla mancata necessità di continua prototipazione. Ciò consente di spaziare in tutto lo spettro delle soluzioni meccaniche, senza per forza dover realizzare e testare i progetti.

Altro vantaggio è la velocità di sviluppo: in ambiente virtuale effettuare delle modifiche alla geometria richiede pochi minuti. Tali vantaggi significano, in generale, aumento di produttività ed efficienza.

Le situazioni che abbiamo dovuto affrontare in questo ambito ci hanno permesso di impostare il nostro lavoro su alcune regole tanto semplici quanto utili per garantire una buona modellazione e quindi una buona qualità dei risultati:

  • Definizione del problema

  • Preparazione del file CAD (i.e. STEP, IGES, STL, …)

  •  Definizione dei materiali

  • Definizione dei parametri

    • Entità di carichi e vincoli

    • Tipo e parametri dei materiali in gioco

    • Numero delle combinazioni di carico

    • Tipo di calcolo da effettuare

  • Semplificazione della geometria

  • Definizione della dimensione degli elementi (mesh e griglia di calcolo)

  • Scelta del tipo di analisi (i.e. elastico – lineare, non lineare, …)

  • Osservazione critica dei risultati

  • Ridefinizione della dimensione degli elementi (mesh e griglia di calcolo)

  • Valutazione dei coefficienti di sicurezza

L’analisi strutturale pertanto è uno strumento che, se messo nelle mani di validi progettisti, può aiutare ad accrescere il know-how e realizzare prodotti migliori, e più economici. Nell’ottica di garantire sempre un servizio completo, alla Chora Engineering eseguiamo verifiche per lavori di routine, su modelli standard e analisi codificate, abbinandovi servizi di consulenza di esperti per la risoluzione di problemi più avanzati che richiedono maggiori competenze specifiche in ambito simulativo.

“Chi progetta sa di aver raggiunto la perfezione non quando non ha più nulla da aggiungere ma quando non gli resta più niente da togliere”

Antoine de Saint-Exupery

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