Nell’era del Digital Twin e del Virtual Commissioning, i software di simulazione ricoprono un ruolo fondamentale nella fase di sviluppo prodotto.
Le funzionalità verticali di SolidWorks Simulation o di Structural Mechanincs Engineer aiutano a prevedere digitalmente il comportamento dei modelli virtuali, simulando le condizioni di carico e vincolo reali. Questo tipo di approccio consente ai progettisti di capire velocemente quali siano le prestazioni dei modelli, la loro affidabilità, la durata e le condizioni di sicurezza già durante la fase di progettazione, permettendo di sperimentare soluzioni alternative per validare un progetto e ridurre drasticamente la probabilità di rotture impreviste con conseguenti attività di rework ed aumento dei costi.
Analisi statica o analisi dinamica: quale utilizzare per studiare le forze impulsive?
Il predimensionamento statico di un componente che subisce delle sollecitazioni è la base della progettazione, ma non sempre è sufficiente. Se le condizioni di carico non sono costanti, ma sono soggette a variazioni durante la vita dell’oggetto, diventa fondamentale avere strumenti di simulazione che consentano di effettuare analisi a fatica o analisi di tipo dinamico.
In caso siano presenti forze di tipo impulsivo una semplice analisi statica può portare il progettista a calcolare un fattore di sicurezza non corretto, con conseguente rottura del componente. Per evitare di incorrere in errori di progettazione, in caso di forze impulsive è necessario un software che permetta di realizzare studi di tipo dinamico.
Per realizzare uno studio dinamico è sempre consigliabile definire innanzitutto un primo studio statico, in modo da verificare velocemente che tutte le condizioni al contorno siano corrette e che il componente sia staticamente sicuro. Se il componente non soddisfa la fase statica, difficilmente supererà l’analisi dinamica, per cui il rischio è di perdere tempo per nulla dato che le analisi dinamiche, a parità di condizioni al contorno, tipicamente impiegano più tempo per essere calcolate.
Validato staticamente il componente, si può passare poi alla definizione dell’analisi dinamica, trasferendo le condizioni al contorno all’interno dello studio dinamico, per poi completare il calcolo.
In SolidWorks Simulation, ad esempio, questo processo viene facilitato dal “Copia studio”, funzionalità con cui è possibile selezionare lo studio statico ed importarlo in un nuovo studio dinamico, recuperando velocemente tutte le impostazioni già definite e risparmiando tempo prezioso.
Definizione di uno studio dinamico
Definito lo scenario tipico dell’analisi statica, per calcolare gli effetti dinamici in modo corretto sarà necessario definire ulteriori condizioni al contorno, utilizzando le specifiche opzioni presenti nello studio dinamico. In particolare, si potrà:
- definire il carico impulsivo che agisce in un preciso istante e con una precisa durata. Risulta evidente infatti che nella dinamica, la forza non sarà lineare come nell’analisi statica, ma sarà invece definita da una curva.
- impostare gli effetti inerziali e di smorzamento. Questo perchéper sua natura una struttura è soggetta a vibrazioni e tende nel tempo ad oscillare sempre meno fino a fermarsi. Ciò è dovuto proprio al fenomeno di smorzamento, secondo il quale la struttura stessa dissipa energia.
- impostare il numero di frequenze naturali, o forme modali, che vogliamo calcolare per valutare la risposta della struttura in un contesto di caricamento dinamico.
- calcolare il transitorio, andando ad impostare l’incremento di tempo di calcolo e la durata della simulazione, tipicamente pari alla durata dell’azione della forza impulsiva.
Conclusioni
Rispetto allo studio statico, attraverso uno studio dinamico si ottengono risultati più precisi ed accurati. Inoltre, è possibile decidere la fase da visualizzare e nello specifico quale sia l’istante in cui si stanno visualizzando i risultati. Confrontando tra loro studi statici e studi dinamici, risulta subito evidente che utilizzando una forza statica piuttosto che una forza impulsiva, i risultati presentano differenze non trascurabili, soprattutto se in un secondo momento fosse necessario effettuare anche un’analisi della durata del modello.
Questo tipo di approccio alla simulazione è possibile sia utilizzando SolidWorks Simulation, sia il ruolo Structural Mechanincs Engineer della Piattaforma 3DEXPERIENCE. Se sei interessato ad approfondire l’argomento per capirne le differenze, contattaci pure liberamente per trovare insieme la soluzione più idonea alle tue esigenze.
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