CAE – COMPUTER-AIDED ENGINEERING
Cosa significa Computer-Aided Engineering (CAE)?
Computer-Aided Engineering (in italiano “ingegneria assistita dal computer”), spesso abbreviato con CAE, indica l’utilizzo di software informatici per risolvere problemi ingegneristici tramite il calcolo numerico.
Tutti i fenomeni fisici descrivibili da equazioni possono essere risolti con l’ausilio di programmi CAE. Nella puntata di oggi vedremo come funziona il metodo.
In generale un processo CAE comprende tre fasi fondamentali: il pre-processing, la soluzione e il post-processing.
1. Il pre-processing
Il pre-processing, è la fase più importante e quella che richiede più tempo. Essa consiste nella scelta della geometria da analizzare e successivamente nella definizione del problema, quindi del dominio fisico da studiare (spesso chiamato dominio computazionale).
Successivamente è necessario definire le proprietà fisiche del progetto, definendo l’ambiente di simulazione mediante vincoli e carichi applicati. Infine, in modo da poter risolvere le equazioni che governano il fenomeno fisico da studiare, il dominio computazionale deve essere discretizzato, ovvero attraverso la creazione di una griglia (mesh) composta da primitive (elementi finiti o volumi finiti) di forma codificata (triangoli e quadrilateri per domini 2D, tetraedri e esaedri per domini 3D). Su ciascun elemento caratterizzato da questa forma elementare, la soluzione del problema viene espressa dalla combinazione lineare di funzioni dette funzioni di base o funzioni di forma (shape functions).
2. La soluzione
La soluzione rappresenta la fase in cui il software di simulazione utilizzato risolve le equazioni che governano il fenomeno fisico da studiare. Nel dettaglio, il software risolve in forma discreta e approssimata i sistemi di equazioni alle derivate parziali (o PDE) sul dominio computazionale precedentemente discretizzato. La soluzione finale della simulazione rappresenterà sempre un’approssimazione più o meno precisa del vero fenomeno fisico studiato in base alla dimensione della griglia usata per la discretizzazione.
In generale una griglia con più elementi fornirà una soluzione più accurata, comporterà però tempi di calcolo maggiori. Per questo motivo il lavoro ingegneristico consiste nella scelta del compromesso migliore tra accuratezza desiderata e tempo di calcolo ambito.
3. Il post-processing
Nell’ultima fase, quella di post-processing, i risultati ottenuti dalle simulazioni sono analizzati e a seconda dell’applicazione o dei requisiti progettuali anche validati attraverso verifiche sperimentali.
In questa fase ci si rende conto immediatamente se il design scelto per una determinata applicazione, sulla base dei vincoli e dei carichi definiti, è in grado di soddisfare i requisiti progettuali. Qualora non fosse il caso, si può procedere ad un miglioramento del design e ritornare nella fase di pre-processing per ripetere l’analisi.
Le tre fasi fondamentali, tipiche di un processo di simulazione CAE, sono ripetute fino a quando il design scelto rispetta i requisiti progettuali.
Oggi abbiamo approfondito il termine CAE e visto quali sono le tre fasi principali sui quali si basa. Nella prossima puntata, mostreremo quali sono le differenze tra un approccio di sviluppo prodotto tradizionale, rispetto a quello in cui ci si basa su un processo CAE. Qui trovi invece l’introduzione alla nostra rubrica.
A giovedì!
Autore: Philippe Senn