Sin dagli albori della progettazione meccanica, ingegneri e matematici cercano di migliorare la comprensione e la previsione della dinamica dei fluidi e del fenomeno del trasferimento termico servendosi della simulazione fluidodinamica computazionale (CFD, Computational Fluid Dynamic).
L’obiettivo è chiaro: ottimizzare la progettazione dei prodotti e dei processi coinvolti nel flusso di fluidi, per ridurre al minimo lo sforzo sperimentale e di conseguenza i tempi di progettazione ed i costi associati allo sviluppo di un prodotto.
Tuttavia, è solo durante l’ultimo decennio che la teoria CFD ha ottenuto ampi consensi nel settore della progettazione industriale, anche grazie all’abbattimento dei costi legati alla potenza di calcolo necessaria, ad algoritmi matematici più precisi e ai software CFD resi più intuitivi e facili da usare. L’adozione del metodo CFD, è stato inoltre favorito dal passaggio dal disegno 2D a quello 3D con l’uso di modelli solidi.
La maggior parte delle aziende che sviluppano software CFD si sono però impegnate maggiormente a migliorare i propri algoritmi matematici piuttosto che a integrare il software negli ambienti di progettazione meccanica. Molte aziende commerciali che supportano soluzioni CFD affermano tuttavia di essere integrate con i software di progettazione meccanica. Ma se si analizza più da vicino il concetto di “integrazione”, questo mette da parte diversi aspetti e non soddisfa i requisiti del concurrent engineering completamente integrato.
Perchè scegliere di integrare la simulazione fluidodinamica
Quali sono le caratteristiche e i requisiti tecnici che consentono a SolidWorks Flow Simulation di raggiungere questo ambizioso obiettivo?
- Innanzitutto, per poter stare al passo con le continue modifiche apportate in fase di progettazione, il software deve poter interagire direttamente con i dati originali definiti del CAD 3D. Pochissimi software CFD disponibili attualmente sul mercato riescono a soddisfare questo requisito. La maggior parte delle soluzioni CFD, anche quelle che si sostiene siano integrate con il software di progettazione meccanica, in realtà utilizzano una copia della geometria 3D, la convertono mediante un formato di interscambio neutro (ad esempio STEP, Parasolid o ACIS) ed aggiungono condizioni al contorno per creare un modello di analisi fluidodinamica. Un approccio di questo tipo è destinato a fallire e non è in grado di fornire una simulazione completamente integrata, perché il procedimento di copia e conversione dei file 3D introduce al contempo una “disconnessione” tra il software di progettazione meccanica e quello di analisi.
- Il software CFD deve avere lo stesso aspetto (interfaccia utente) del CAD usato per la progettazione meccanica e condividere, tra le altre cose, la stessa logica della gestione delle informazioni di progetto. In questo modo l’utente non sarà costretto a conoscere un nuovo ambiente per far funzionare il software CFD e potrà concentrarsi esclusivamente sul problema fisico che sta cercando di risolvere. Gli strumenti software CFD attualmente in commercio che riescono a soddisfare tale requisito sono veramente pochi. La maggior parte dei fornitori ha scelto l’opzione di conversione dei file a causa dei costi e della complessità legati allo sviluppo di interfacce utente all’interno dei diversi CAD presenti sul mercato.
- Un problema particolare per la maggior parte dei software CFD che importano modelli solidi è rappresentato dal fatto che lo spazio relativo al fluido da utilizzare per lo studio fluidodinamico non esiste come entità reale nel modello CAD originale. Il metodo standard utilizzato dalla maggior parte dei software CFD per affrontare questo problema consiste nell’identificare ed estrarre tutte le “cavità” dal modello CAD, aggiungerle all’albero delle funzioni come oggetto fittizio ed utilizzarle poi nello studio. Questo approccio non è in grado di fornire una simulazione del flusso completamente integrata, perché la coerenza dei dati ed i collegamenti 1-a-1 con i dati CAD originali vanno persi.
Analisi e progettazione integrata con SolidWorks Flow Simulation
SolidWorks Flow Simulation utilizza direttamente i dati originali del CAD 3D SolidWorks per eseguire le simulazioni fluidodinamiche, senza la necessità di eseguire copie o conversioni di file. SolidWorks Flow Simulation incorpora l’esclusiva tecnologia nota come “Direct CAD to CFD”, ovvero un processo software che analizza automaticamente il modello CAD identificandone le aree solide ed i fluidi, consentendo di definire inoltre l’intero dominio del fluido da studiare e di aggiungere la mesh, senza l’intervento manuale dell’utente, né l’aggiunta di elementi fittizi al modello CAD.
Lo scopo della simulazione fluidodinamica è la ricerca della soluzione ottimale a un determinato problema di progettazione. A tale scopo, il tecnico deve simulare un gran numero di varianti di progetto che comportano variazioni dei parametri geometrici e delle condizioni al contorno, come ad esempio il tipo di fluido, le variabili di input, le temperature, etc…
Un ambiente CAD come SolidWorks è la piattaforma ideale per rispondere in modo completo a questo tipo di problematiche, perché parti ed assiemi sono già parametrizzati, strutturati e presentati in modo trasparente sia al progettista meccanico, sia all’analista, così da semplificare il processo di modifica ed ottimizzazione del progetto.
Nel modello CAD SolidWorks, quindi, vengono archiviati non solo i parametri geometrici ma anche quelli relativi allo studio fluidodinamico, con tutte le relative condizioni al contorno. I parametri CFD vengono memorizzati nel file come funzioni connesse alle entità geometriche di riferimento, gestiti nell’albero delle funzioni come gli altri dati CAD ed utilizzati direttamente per aggiornare il software di simulazione.
SolidWorks Flow Simulation supporta inoltre l’utilizzo delle configurazioni dei modelli SolidWorks, per consentire la simulazione automatica di un gran numero di varianti di progettazione, offrendo la possibilità di monitorare i risultati di ciascun modello in modo rapido ed efficace.
Se ti interessa approfondire la simulazione dei flussi, leggi questo articolo e scopri qual è il workflow tipico in SolidWorks Flow Simulation o se lo desideri puoi sempre contattarci, saremo lieti di rispondere alle tue domande.
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