La simulazione termomeccanica è uno strumento potente per comprendere e prevedere il comportamento di materiali e sistemi sottoposti a carichi termici e meccanici. Offre notevoli vantaggi in termini di ottimizzazione della progettazione, prevenzione dei guasti, riduzione dei tempi e dei costi di sviluppo e migliore comprensione dei fenomeni fisici. In questo modo è possibile identificare le aree critiche alle temperature di esercizio reali, ottimizzare il funzionamento e la manutenzione, indirizzare meglio i test fisici, sostituire i materiali, riprogettare e limitare le modifiche post-costruzione. La soluzione sarà costruita attraverso iterazioni che riproducono digitalmente il comportamento termomeccanico del prodotto.
La simulazione termomeccanica può essere utilizzata durante l’intero ciclo di vita di un prodotto, compreso :
Comprendere il comportamento dei materiali
Come si deformano e si comportano i materiali in condizioni specifiche di temperatura e sollecitazione. La simulazione è anche un vantaggio per lo sviluppo di nuovi materiali più efficienti, riciclati, riciclabili, ecc.
Ottimizzazione del design
Progettare strutture leggere e robuste in grado di resistere alle alte temperature che si incontrano negli ambienti estremi.
Previsione del fallimento
La simulazione termomeccanica può essere utilizzata per identificare le aree che potrebbero essere soggette a deformazioni eccessive, sollecitazioni critiche o temperature elevate. La conoscenza dei potenziali guasti consente di attuare misure preventive e piani di manutenzione.
Studio dei fenomeni transitori
La simulazione termomeccanica permette anche di studiare fenomeni transitori, come rapidi cambiamenti di temperatura o processi di raffreddamento o riscaldamento, in modo molto dettagliato e senza la necessità di variare i vincoli fisici.
I nostri team sono pronti a fornirvi un prezioso supporto tecnico per i vostri progetti di progettazione di sistemi di raffreddamento o per anticipare le reazioni dei materiali alle improvvise variazioni di temperatura. Con una solida esperienza nelle leggi di comportamento meccanico e nelle proprietà dei materiali, compresi i supporti complessi, i nostri ingegneri specializzati vi guideranno con fiducia. Il nostro impegno comprende :
- Valutate le prestazioni dei vostri prodotti nelle condizioni di utilizzo e ottimizzate il loro comportamento sostituendo i materiali, aggiungendo un rivestimento o migliorando la geometria (ad esempio ottimizzando i canali di raffreddamento).
- Accoppiare i risultati dell’analisi termica con lo studio meccanico (unidirezionale o bidirezionale) o anche con uno studio di interazione fluido-struttura (FSI) o un’analisi CFD.
- Vengono presi in considerazione tutti i tipi di trasferimento di calore: conduzione, convezione naturale o forzata, irraggiamento, oltre a fenomeni come i cambiamenti di fase e i depositi di energia.
La scelta degli strumenti viene fatta sistematicamente in consultazione con i vostri team, in modo che possano reinternalizzare i modelli se lo desiderano. I principali strumenti utilizzati sono :
ANSYS Meccanico
per la sua capacità di effettuare analisi termomeccaniche avanzate. Offre un’ampia gamma di funzioni per la modellazione e la risoluzione di problemi di trasferimento di calore, deformazione e sollecitazione.
ABAQUS
Questo perché consente di modellare le interazioni termiche e meccaniche, le non linearità, i contatti, ecc.
Codice_aster
Per le sue capacità di analisi avanzate e i modelli di materiali avanzati
MSC Nastran
Per le sue avanzate capacità di analisi termomeccanica, in particolare per la modellazione e la risoluzione di problemi di trasferimento di calore, deformazione e sollecitazione in un’ampia gamma di applicazioni.
SIMULIA ABAQUS
Standard, che si concentra sulle analisi meccaniche e termomeccaniche. Può essere utilizzato per risolvere problemi complessi che coinvolgono materiali non lineari, contatti, grandi deformazioni, ecc.
Simulazione SOLIDWORKS
SOLIDWORKS Simulation offre funzionalità per l’esecuzione di analisi termomeccaniche, tra cui il trasferimento di calore, la deformazione strutturale e la risposta termica degli assiemi.
COMSOL Multifisica
che consente di risolvere problemi termomeccanici accoppiati con i suoi moduli dedicati al trasferimento di calore, alla meccanica strutturale, ecc.
Per assicurarvi le risposte giuste, i nostri team forniscono un supporto attivo guidandovi attraverso il processo: dall’identificazione delle vostre esigenze iniziali fino all’implementazione, assicurandovi di ottenere la soluzione giusta in ogni fase del vostro progetto.
- Convalida del modello digitale che rappresenta il sistema reale che si desidera studiare. Prendendo in considerazione le proprietà termiche e meccaniche appropriate del materiale, nonché le interazioni tra le diverse parti del sistema, e anche scegliendo analogie accettabili
- La definizione delle condizioni al contorno, come le condizioni di temperatura, le sollecitazioni applicate, le forze esterne, ecc.
- Creazione del modello discretizzato: la giusta dimensione della maglia è essenziale per ottenere risultati accurati, mantenendo le dimensioni del modello e i tempi di calcolo a portata di mano.
- Correlazione dei dati sui materiali, convalida sperimentale, supervisione delle prove fisiche e della modellazione numerica.
- Analizzare e interpretare i risultati con il team di progetto per convalidare le opzioni o definire le iterazioni aggiuntive da considerare.
Esempi di progetti:
Nucleare
Nell’industria nucleare, la simulazione termomeccanica è fondamentale per garantire la sicurezza delle apparecchiature sottoposte a sollecitazioni estreme. Ad esempio, quando si progetta un reattore, si seguono standard come ASME, RCC-M, RCC-MRx per valutare gli effetti termomeccanici sui recipienti ad alta pressione. I codici nucleari riguardano le saldature e le strutture. Le simulazioni aiutano a prevedere potenziali deformazioni, sollecitazioni e guasti, garantendo affidabilità e sicurezza in conformità a standard rigorosi come la norma EN-13445.
Medtech
La simulazione termomeccanica è essenziale nel settore delle tecnologie mediche, in particolare per lo sviluppo di protesi ortopediche. Ad esempio, nella progettazione di una protesi dell’anca, le simulazioni possono essere utilizzate per valutare le sollecitazioni meccaniche e le variazioni di temperatura a cui la protesi è sottoposta durante i movimenti del paziente. Queste analisi aiutano a ottimizzare la geometria, i materiali e i processi di fabbricazione, garantendo la durata, la compatibilità biologica e le prestazioni a lungo termine della protesi.
Mobilità
La simulazione termomeccanica è fondamentale per la progettazione di batterie per la mobilità elettrica. Ad esempio, nello sviluppo di una nuova batteria per veicoli elettrici, le simulazioni possono essere utilizzate per analizzare le variazioni di temperatura e le sollecitazioni meccaniche a cui la batteria è esposta durante la carica, la scarica e la guida. Questa analisi aiuta a ottimizzare la disposizione delle celle, a scegliere i materiali appropriati e a progettare un sistema di raffreddamento efficiente. In questo modo, la simulazione termomeccanica contribuisce a migliorare la sicurezza, la durata e le prestazioni complessive dei veicoli elettrici.
Energia rinnovabile
La simulazione termomeccanica svolge un ruolo cruciale nel campo delle energie rinnovabili, in particolare per il dimensionamento e la verifica dell’integrità degli scambiatori di calore a sali fusi utilizzati nei pannelli solari a concentrazione. Un esempio concreto è il progetto Noor a Ouarzazate, in Marocco, dove vengono utilizzati questi scambiatori di calore. Le simulazioni vengono utilizzate per analizzare le sollecitazioni, le deformazioni e le temperature a cui sono sottoposti gli scambiatori di calore durante il funzionamento. Questo approccio aiuta a ottimizzare il loro design, ad assicurarne la resistenza e a garantire migliori prestazioni dagli impianti solari, contribuendo così all’efficienza complessiva del sistema.
Orologeria
La simulazione termomeccanica svolge un ruolo fondamentale nell’orologeria d’avanguardia. Ad esempio, nella progettazione di un orologio automatico di lusso, le simulazioni aiutano a valutare le deformazioni e le sollecitazioni subite da componenti come ingranaggi e bilancieri a varie temperature. Grazie all’integrazione di materiali innovativi e di precisi parametri di progettazione, la simulazione assicura le prestazioni cronometriche e la durata nel tempo, garantendo la qualità e la precisione di orologi di pregio, che devono funzionare con eccellenza nonostante le variazioni ambientali.
Lo sport
La simulazione termomeccanica è fondamentale per gli impianti sportivi che sono soggetti a forti variazioni di temperatura. Ad esempio, nella progettazione di sci ad alte prestazioni, le simulazioni valutano gli effetti delle variazioni di temperatura sui materiali compositi. Integrando i dati meteorologici locali, le simulazioni sono in grado di prevedere le potenziali deformazioni degli sci e di ottimizzarne la costruzione per mantenere una stabilità ottimale e garantire al contempo prestazioni eccezionali, offrendo agli atleti la migliore esperienza sciistica possibile in qualsiasi condizione meteorologica.
Aerospaziale
Nell’industria aerospaziale, la simulazione termomeccanica è essenziale. Ad esempio, quando si progetta un motore a razzo, le simulazioni valutano le sollecitazioni e gli sforzi causati dalle temperature estreme durante il volo. Rispettando standard come le linee guida dell’ESA, le simulazioni guidano la progettazione di materiali e strutture, garantendo affidabilità e sicurezza. La simulazione termomeccanica svolge quindi un ruolo cruciale nello sviluppo di tecnologie spaziali avanzate in grado di resistere ai rigori dell’ambiente spaziale.
