La simulazione meccanica ci consente di innovare in modo più efficace, perché ci permette di testare e analizzare virtualmente numerose configurazioni e progetti di prodotti, senza dover costruire prototipi fisici costosi e dispendiosi in termini di tempo.
Grazie alla simulazione meccanica, gli ingegneri possono testare rapidamente diverse combinazioni di materiali, forme e configurazioni per ottimizzare le prestazioni dei loro prodotti, riducendo al minimo il rischio di guasti e i costi elevati. Le simulazioni possono anche aiutare a identificare le zone critiche di sollecitazione o di deformazione, nonché a determinare le modifiche necessarie per rafforzare o migliorare il progetto della struttura.
Inoltre, la simulazione meccanica consente di esplorare in modo più efficace i concetti di nuovi prodotti, il che può portare a un’innovazione più rapida e creativa. Gli ingegneri possono testare nuove idee ed esplorare progetti più audaci, comprendendo rapidamente come queste nuove configurazioni potrebbero comportarsi in condizioni reali.
Infine, la simulazione meccanica consente di comprendere meglio le prestazioni e i limiti dei prodotti esistenti. Identificando queste limitazioni, gli ingegneri possono lavorare per ottimizzare il progetto e migliorare le prestazioni e la qualità, soddisfacendo al contempo le esigenze dei clienti in modo più efficace.
In breve, la simulazione meccanica offre numerosi vantaggi per innovare in modo più rapido, efficiente e creativo, riducendo al minimo i rischi e i costi associati alla progettazione e allo sviluppo di nuovi prodotti.
Esistono diversi tipi di simulazione meccanica che possono essere eseguiti. Ecco alcuni esempi:
Analisi dei vincoli
L’analisi delle sollecitazioni viene utilizzata per misurare le sollecitazioni interne di una struttura sotto l’effetto di carichi applicati. Questa simulazione viene spesso utilizzata per valutare la forza e la resistenza di una struttura.
Analisi della fatica
L’analisi della fatica misura la capacità di una struttura di resistere a carichi ripetuti o ciclici. Questa simulazione viene utilizzata per valutare la vita utile di una struttura.
Simulazione di montaggio
La simulazione dell’assemblaggio misura l’adattamento e la resistenza dei pezzi quando vengono assemblati. Questa simulazione viene utilizzata per valutare la qualità dell’assemblaggio e la resistenza della struttura complessiva.
Per realizzare una buona simulazione meccanica, è importante seguire un processo metodico e rigoroso. Ecco i passi fondamentali da seguire:
- Definire il problema: è essenziale avere una chiara comprensione del problema che si sta cercando di risolvere e degli obiettivi della simulazione. Qual è la struttura o il sistema di interesse? Quali carichi, sollecitazioni o forze vengono applicate? Quali risultati volete ottenere? Che tipo di analisi è necessaria?
- Raccogliere i dati: è importante raccogliere tutti i dati necessari per modellare correttamente il sistema. Questo può includere le proprietà dei materiali, le dimensioni della struttura, i supporti e i carichi applicati, nonché le condizioni ambientali.
- Creare il modello: utilizzando un software di simulazione meccanica, è necessario creare un modello dettagliato della struttura o del sistema che si desidera simulare. Il modello deve includere tutti i dettagli rilevanti, come dimensioni, materiali e carichi applicati.
- Definire le condizioni di carico e i supporti: è necessario definire le condizioni di carico e i supporti che si applicano alla struttura o al sistema. Queste condizioni possono includere carichi statici o dinamici, momenti, pressioni, spettri di vibrazione, ecc.
- Eseguire la simulazione: una volta definiti il modello e le condizioni di carico, è possibile eseguire la simulazione. È necessario assicurarsi di utilizzare i metodi numerici corretti per risolvere le equazioni di simulazione e ottenere risultati accurati.
- Analizzare i risultati: una volta completata la simulazione, è necessario analizzare i risultati e confrontarli con gli obiettivi della simulazione. È necessario identificare le zone critiche, le sollecitazioni, le deformazioni e altri parametri rilevanti per determinare se il modello soddisfa i requisiti e le specifiche. La convalida del modello numerico (qualità delle maglie, ad esempio) fa parte dell’analisi dei risultati.
Regolare il modello e ripetere: se i risultati non soddisfano gli obiettivi della simulazione o se il modello non è stato convalidato, è necessario regolare nuovamente il modello e ripetere le fasi precedenti fino a ottenere risultati soddisfacenti.
In una simulazione meccanica, si esaminano diversi parametri per valutare le prestazioni di una struttura o di un sistema. I parametri principali sono :
Vincoli
Le sollecitazioni misurano le forze interne generate nella struttura in risposta ai carichi applicati. Le sollecitazioni possono essere di trazione, compressione, taglio, ecc. A seconda del problema, saremo interessati a vincoli principali o equivalenti. L’analisi delle sollecitazioni serve a determinare se la struttura è sufficientemente robusta da sopportare i carichi applicati senza cedimenti.
Come muoversi
Gli spostamenti vengono utilizzati per convalidare il modello, ma anche per verificare che una parte non sia in conflitto con un’altra o che non vi siano deformazioni eccessive.
Frequenze naturali
Le frequenze naturali misurano le frequenze di vibrazione della struttura in assenza di carico. L’analisi delle frequenze naturali serve a determinare se la struttura soggetta a vibrazioni indesiderate può entrare in risonanza.
Tasso di utilizzo della fatica
Sulla base delle sollecitazioni calcolate e delle curve di fatica dei materiali, il tasso di utilizzo misura la capacità della struttura di resistere a carichi ripetuti. Un’analisi di fatica può essere utilizzata per determinare la vita utile della struttura sotto questi carichi.
Stabilità, instabilità
La stabilità misura la capacità della struttura di rimanere in equilibrio. Un’analisi di stabilità (locale o globale) viene utilizzata per determinare se la struttura è stabile e sicura per l’uso normale.
In sintesi, una buona simulazione meccanica implica una chiara comprensione del problema da risolvere, un’accurata raccolta di dati, la creazione di un modello dettagliato, l’uso dei giusti metodi numerici, un’analisi rigorosa dei risultati ed eventuali aggiustamenti necessari per ottenere risultati accurati e pertinenti.
Esistono numerosi strumenti software per la simulazione meccanica. Gli strumenti appropriati dipendono dal tipo di simulazione che si desidera eseguire e dalla complessità della struttura o del sistema che si desidera modellare. Ecco alcuni esempi di strumenti di simulazione meccanica:
1. ANSYS :
ANSYS è uno dei pacchetti software più diffusi per la simulazione meccanica. Offre un’ampia gamma di funzioni, tra cui l’analisi delle sollecitazioni, l’analisi della fatica, l’analisi dinamica, l’analisi termica, la simulazione delle fratture, ecc. Questi fenomeni possono essere combinati in un’analisi multifisica.
2. Abaqus :
Abaqus è un altro popolare pacchetto software di simulazione meccanica. Offre funzionalità simili a quelle di ANSYS, tra cui analisi delle sollecitazioni, analisi della fatica, analisi dinamica, analisi termica, simulazione delle fratture e altro ancora. Questi fenomeni possono essere combinati in un’analisi multifisica.
3. COMSOL Multiphysics :
COMSOL Multiphysics è un pacchetto software di simulazione numerica che può essere utilizzato per simulare diversi tipi di fenomeni fisici, come la meccanica solida, la termica, l’elettromagnetismo, l’acustica e altro ancora.
4. MSC Nastran :
MSC Nastran è un pacchetto software di simulazione meccanica per l’analisi delle sollecitazioni, l’analisi della dinamica strutturale, l’analisi della fatica e altro ancora.