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La modellazione solida funzionale alle analisi FEM e CFD

Le simulazioni della realtà fisica che ci circonda effettuate direttamente al computer attirano sempre più i progettisti. Uno sguardo alla modellazione solida funzionale ad un’analisi FEM o CFD

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Le analisi FEM (Finite Element Method) e CFD (Computational Fluid Dynamics) sono strumenti che, al giorno d’oggi, iniziano ad attirare sempre più i progettisti. Si tratta di simulazioni della realtà fisica che ci circonda effettuate al computer; attraverso tali simulazioni, il progettista ottiene riscontro sulle assunzioni fatte durante la fase di progetto, ad esempio quanta prevalenza genera quella girante, se l’impianto di ventilazione è sufficiente a garantire la pulizia delle vie di fuga, se la flangia può sopportare il carico esterno che le viene applicato. Queste sono solo alcune delle domande a cui software per analisi FEM e CFD possono dare risposta in maniera semplice e veloce.

La cosa è di particolare interesse poiché le simulazioni effettuate con tali strumenti non prevedono la realizzazione di un prototipo fisico, ma bensì l’utilizzo di un disegno CAD, che può essere velocemente modificato nel caso in cui il test simulato portasse a dei risultati negativi. Ecco quindi che il primo passo per i progettisti e gli ingegneri previo inizio di una qualsiasi simulazione FEM/CFD riguarda appunto l’attività di modellazione solida.

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Caratteristiche del modello solido
Un modello solido funzionale ad un’analisi FEM o CFD è differente rispetto al modello solido cui siamo abituati. Durante il processo di simulazione infatti ci si focalizza su singoli aspetti che caratterizzano l’oggetto e non sulla sua geometria globale. Vi sono quindi alcune semplici regole alla base di una corretta modellazione funzionale alle analisi FEM e CFD. Seguire tali regole permette di migliorare l’accuratezza delle proprie simulazioni e, data la loro semplicità, risultano adatte sia per i più esperti nelle attività di modellazione che per più neofiti.
Generalmente i modelli solidi vengono creati come assiemi contenenti decine se non centinaia di diverse parti. Ciò, ovviamente, è estremamente utile sia per la realizzazione delle distinte base che compongono il componente meccanico che per quanto riguarda lo studio degli ingombri, interferenze e massa del materiale. A livello di analisi FEM/CFD è invece richiesta la semplificazione di tali geometrie. In genere gli assiemi vengono ridotti in numero di componenti e vengono mantenute esclusivamente le features principali dell’elemento, ovvero quelle che influenzano maggiormente il suo comportamento meccanico (generalmente l’assieme risultante ha un numero di parti inferiore a 10).

Esempio di riduzione dei componenti di un assieme. Si ha una prima semplificazione con eliminazione dei bulloni, quindi il passaggio da assieme a singola parte ed infine la chiusura di tutti i fori presenti.

Anche per quanto concerne le singole parti si procede alla semplificazione, eliminando le caratteristiche geometriche che esulano dallo studio. Nel tamburo rappresentato nel video qui sotto, ad esempio, l’interesse è sulla turbolenza generata dalla presenza del motore e non tanto sullo scambio termico delle lamelle del motore stesso, che possono essere quindi tranquillamente eliminate.

Nelle analisi FEM/CFD è importante tenere a mente quale sia il cuore della simulazione, ovvero il fenomeno fisico di cui si intende avere una informazione. Questo permette, ad esempio, di scegliere quali features mantenere e quali eliminare al fine di semplificazione dello studio.

Nelle analisi CFD (Computational fluid dynamics) inoltre bisogna assolutamente ricordare come la simulazione riguardi il volume fluido che circonda il nostro componente meccanico e non direttamente il componente meccanico solido. Ecco che per tali particolari simulazioni si ha la necessità di modellare il negativo di ciò cui generalmente si è abituati a creare, come mostrato nel seguente video.

Nelle analisi CFD bisogna ricordare che l’oggetto dello studio è il volume fluido che circonda la nostra struttura. Nella maggioranza dei casi si tratta del negativo di quanto siamo abituati a modellare, come evidenziato dal video.

Il cloud in aiuto dei progettisti
Gli strumenti moderni permettono lo sfruttamento delle tecnologie cloud per le attività di modellazione e di simulazione.

La modellazione solida funzionale allÔÇÖanalisi FEM e CFD

La modellazione solida funzionale all’analisi FEM e CFD

Il vantaggio principale per gli utenti riguarda la flessibilità d’uso, il supporto (disponibile direttamente all’interno della piattaforma) e un risparmio in termini di costi. Ecco quindi strumenti come OnShape, un modellatore solido disponibile direttamente dal vostro browser che permette la realizzazione di assiemi e parti secondo le features qui indicate, e CONSELF, un ambiente di simulazione FEM/CFD perfettamente integrato con la piattaforma CAD OnShape e che facilita i primi passi all’interno del mondo delle simulazioni indicate.

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