Se devi effettuare un’analisi con SolidWorks Simulation, in questo primo articolo della serie dedicata al mondo della simulazione, ti suggerirò i 12 punti per iniziare la tua analisi con il piede giusto. Non parleremo di verità assolute, ma dei 12 step fondamentali per agevolarti nell’attività di simulazione.
1. Finalità
Le finalità del lavoro che ci apprestiamo ad avviare imposteranno la logica dei passi successivi, per cui è essenziale delineare, bene e per tempo, tutti gli obiettivi.
Spesso il neofita dichiara che “Serve sapere tutto, e con la massima precisione!”. È qui che normalmente l’istruttore lo riporta a uno scenario concreto fatto di aspettative realistiche.
Poniti, quindi, queste domande:
- Stai indagando sulle sollecitazioni o sugli spostamenti?
- Qual è il vero livello di accuratezza utile, nel reale contesto corrente?
- Stai semplicemente facendo un confronto tra diverse soluzioni progettuali? (Se la risposta e SI, ricorda che la precisione è meno importante dell’omogeneità di condizioni)
Se parti in quarta con troppe opzioni pesanti e dettagliate, potresti rischiare di fare calcoli dispendiosi per accorgersi dopo qualche ora di aver inserito degli errori di battitura nelle forze.
Fai molta attenzione e cerca di non perdere mai la visione di insieme.
2. Tipologia
Valuta con precisione il dominio di validità nel quale si inserisce la tua analisi.
Sei sicuro di trovarti nel dominio di un calcolo statico lineare? Se la risposta è NO, allora potresti dover passare a formulazioni dinamiche, modali o non-lineari.
3. Semplificazione
Normalmente, è bene cercare raggiungere gli obiettivi nel modo più efficiente e rapido, anche se la potenza dei recenti hardware potrebbe spingerti a esagerare con i dettagli.
Poniti queste domande:
- È possibile sfruttare la simmetria?
- Si possono rimuovere dettagli geometrici superflui, come certi smussi e raccordi, che appesantiscono il calcolo ma non contribuiscono sostanzialmente alla qualità del risultato?
- Si possono semplificare i legami tra i corpi usando dei connettori?
- Quanti componenti serve davvero includere nell’analisi?
Per rispondere a quest’ultima domanda, eccoti uno schema da seguire:
- chiamato A il componente su cui si sta conducendo l’analisi;
- chiamato B il componente che fa da supporto/riscontro/carico sul componente A (il dubbio è se sostituire B con una condizione al contorno: vincolo o carico)
- chiamato Ea il modulo di elasticità del corpo A;
- chiamato Eb il modulo di elasticità del corpo B;
- Se Ea ≈ Eb, allora è necessario includere B nella mesh e nel calcolo;
- Se Ea >> Eb, è solitamente possibile rappresentare B con un carico (o un carico remoto a “trasferimento diretto”);
- Se Ea << Eb, è solitamente possibile rappresentare B con un vincolo (o un carico remoto di tipo spostamento).
Da adesso in poi è saggio seguire l’ordine dell’albero di SolidWorks Simulation.
4. Proprietà del materiale
Ricorda che tutti gli input (scelta dei vincoli, valore dei carichi, proprietà dei materiali, ecc.) sono responsabilità dell’utente e che anche gli ausili forniti dal software vanno sempre verificati.
Per esempio, la libreria materiali di SolidWorks Simulation tende a essere piuttosto prudente sul valore delle resistenze (ma attenzione, non è sempre detto!).
Ricorda, inoltre, che spesso i solutori superiori (dinamico, non lineare, ecc.) richiedono grandezze fisiche non sempre disponibili nei database standard o nelle specifiche dei fornitori (curve stress-strain, smorzamenti dinamici, curve di Woehler, coefficienti di creep, ecc.).
5. Spostamenti e carichi
La criticità qui è riuscire a non imporre sul sistema una condizione che non rappresenti correttamente il modo in cui, nella realtà, il sistema e l’ambiente interagiscono.
Spesso, nell’applicare un vincolo, potresti irrigidire troppo la struttura rispetto alla realtà, o bloccare delle componenti di movimento senza accorgertene.
6. Interazione tra le parti
Saldate/fissate? Libere? Senza compenetrazione? Contatto con attrito?
Se credi sia il caso di usare “Senza compenetrazione”, quale opzione è la migliore? Nodo a nodo? Superficie a superficie?
Per rispondere a tali domande puoi farti aiutare dall’help in linea, dai tutorial di SolidWorks Simulation, oppure procurati dei manuali. In tutti i casi sono inclusi modelli con esercizi svolti e ragionati.
7. Qualità della mesh
La “qualità bozza” serve per verificare preliminarmente la meshabilità e la risolvibilità di grandi modelli senza impegnarsi subito in un calcolo pesante ma, in generale, non fornisce numeri affidabili (con densità di nodi realistiche). Ci sono casistiche in cui può dare risultati numerici congrui, ma come regola è meglio diffidare e usarla per valutazioni di tendenza.
Se hai difficoltà a portare a termine una mesh, ricontrolla interferenze, contatti e qualità della geometria (prova anche a eseguire separatamente la mesh delle singole parti che falliscono). Usa la diagnostica di mesh per individuare le zone problematiche.
Spesso le condizioni di contatto globale “unito e congruente” o “nodo a nodo” rendono più difficile il completamento della mesh. Prova il contatto globale con un’opzione non-congruente.
Il mesher “basato su curvatura” ha successo nella maggioranza nei casi ed è anche più efficiente e veloce sui sistemi recenti multi-core.
8. Scelta del solutore
Se hai dubbi, lascia “Selezione automatica”; verrà scelto, con alta probabilità, il solutore migliore.
Questo anche perché è difficile dare regole permanenti: di versione in versione i solutori (FFEPlus, Sparse, Large Sparse) vengono rivisti e cambiano i criteri di opportunità.
Durante i corsi, chiedi al rivenditore consigli in materia, in modo da essere correttamente aggiornato sullo stato dell’arte della tecnologia.
9. Il solutore non converge, il sistema è labile…
Ti può capitare, in questi casi, di non capire dove manchi un vincolo o una condizione di contatto.
Utilizza l’opzione “Usa molla morbida” per stabilizzare il modello, arrivare a convergenza e visionare gli spostamenti. Dopo aver identificato i pezzi che si spostano troppo, stabilizzali con i vincoli o le connessioni corrette, togli l’opzione “Molla morbida” e rilancia il calcolo.
10. Messaggio “Spostamenti eccessivi”
Non affrettarti a cliccare su “Si”. Spesso la scelta migliore è “No”, seguita da una valutazione attenta dei risultati e da un nuovo studio con l’opzione “Grandi spostamenti” attiva, da confrontare con quello originale.
11. Valutare i risultati
Questo è un altro punto in cui il compito dell’operatore è eminentemente ingegneristico e progettuale. Non si tratta solo di controllare i numeri e confrontarli con un riferimento fisso.
Prima di preoccuparti degli stress nel materiale, cerca di capire se:
- La deformata della struttura corrisponde qualitativamente con le aspettative;
- È sovrapponibile alle esperienze pratiche e a risultati sperimentali storici;
- L’ordine di grandezza degli spostamenti è realistico;
- Le Reazioni Vincolari sono congrue con i carichi applicati (molti dimenticano questa essenziale verifica!).
A questo punto, poniti le seguenti domande:
- L’equilibrio finale viene raggiunto in un regime di piccoli spostamenti? Oppure è necessario un approccio non lineare?
- Lo stress equivalente di Von Mises è appropriato alla valutazione della criticità nei materiali usati? Oppure è meglio considerare la trazione massima o il taglio? Ci sono materiali da analizzare con criterio di Mohr-Coulomb (ghise o porcellane, ad esempio)?
- Conviene analizzare componenti di stress e spostamento particolari (componenti radiali, circonferenziali, ortogonali, ecc.)?
Se dovessi riscontrare ancora dei problemi, fai riferimento all’Advisor e ai tutorial, oppure contattaci: siamo Rivenditori SolidWorks autorizzati e abbiamo l’esperienza e la competenza per aiutarti.
12. Revisione
Quando affronti un lavoro di analisi, chiediti sempre:
- È il caso di rivedere qualcuno dei passi precedenti?
- Dovrei rifare l’analisi?
Solo in questo modo, sistematicamente, potrai accorgerti di eventuali errori presenti nella tua analisi, sia quelli di tipo concettuale sia quelli tecnici/operativi.
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