La simulazione numerica è ormai uno strumento chiave negli studi ingegneristici, in quanto permette di ottenere risultati precisi e affidabili in tempi utili anche per progetti molto complessi.
(E questo lo sapevi, giusto?)
Inoltre, consente di ridurre la necessità di numerosi prototipi fisici e misurazioni sperimentali, accelerando così lo sviluppo del prodotto. In particolare, le analisi FEM (Finite Element Method) consentono di studiare diversi fenomeni strutturali e termici, permettendo di valutare deformazioni, vibrazioni, tensioni interne e molto altro.
(Anche questo già noto, vero?)
Ora però raddrizza le antenne. Stiamo per proseguire nella nostra analisi dei prodotti ANSYS. Un articolo che non ha l’ambizioso scopo di recensire software di simulazione, ma semplicemente condividere quanto è emerso dall’uso degli strumenti durante la nostra quotidianità.
Uno dei prodotti più recenti di ANSYS è Discovery, un’innovativa piattaforma che promette di migliorare l’esperienza di simulazione grazie ad un’interfaccia intuitiva e alla possibilità di svolgere tutte le fasi, dalla modellazione al calcolo, all’interno di un unico strumento. A differenza dei software tradizionali, tra cui ANSYS Mechanical, Discovery permette di visualizzare quasi in tempo reale i risultati della simulazione, sfruttando la scheda grafica per i calcoli necessari e di effettuare modifiche al modello senza la necessità di spostarsi tra diversi programmi.
In un precedente articolo (se lo hai perso, lo trovi qui) abbiamo confrontato questo nuovo strumento con ANSYS Fluent. Oggi abbiamo voluto metterlo alla prova comparandolo a Mechanical, andando a indagare se, in determinate circostanze, Discovery possa rappresentare una valida alternativa allo strumento iconico del mondo ANSYS.
In questo articolo scoprirai come abbiamo approcciato questa “sfida” e i risultati che abbiamo ottenuto.
Il caso studio FEM: gancio sottoposto a carico
Per confrontare i due approcci, abbiamo svolto la stessa analisi con Mechanical e Discovery. Il caso di studio consiste in un gancio vincolato nella parte superiore e sottoposto ad un carico.
Entriamo nei dettagli.
Abbiamo imposto un supporto fisso all’interno del foro superiore del gancio e una forza di 50 kN applicata su una superficie stimata di contatto. Per confrontare le due simulazioni, si sono valutate le deformazioni e le tensioni del gancio.
Mechanical
Prima di accedere direttamente a Mechanical, la geometria è stata modellata e semplificata tramite ANSYS SpaceClaim inserendo anche le necessarie divisioni e accortezze per favorire il processo di generazione della griglia numerica successivamente importata nel software. A questo punto, il metodo tradizionale richiede, appunto, la generazione di una mesh, che è stata opportunamente impostata e affinata. Dopodiché, la simulazione è stata impostata inserendo i vari carichi e vincoli, per poi avviare il calcolo.
Discovery
In questo caso, il file CAD è stato importato direttamente in Discovery, dove è stato possibile preparare rapidamente la geometria da utilizzare per la simulazione. Questo nuovo approccio non richiede la generazione manuale della mesh e consente dunque di procedere direttamente all’impostazione della simulazione, prima di avviare il calcolo.
Discovery vince sul tempo, Mechanical sulla precisione
Discovery vince sul tempo, Mechanical sulla precisione
Il confronto tra i due approcci è stato condotto considerando due aspetti: i risultati ottenuti e le tempistiche.
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Risultati
Confrontando i risultati relativi alle tensioni, l’analisi svolta con Discovery ha prodotto un valore massimo molto vicino a quello ottenuto con Mechanical, con una differenza dell’1,1%. Anche per quanto riguarda la deformazione, i risultati ottenuti con i due software risultano coerenti, con una differenza leggermente maggiore del 4,6%.
È inoltre interessante osservare la somiglianza nella distribuzione delle tensioni: i due software individuano precisamente le stesse zone sollecitate, come si può notare dal confronto dei risultati.
Mechanical
Discovery
- Tempistiche
Per ottenere dati oggettivi sul confronto operativo, è stato misurato il tempo necessario per completare le diverse fasi delle due simulazioni. In entrambi i casi, la preparazione della geometria ha richiesto 7 minuti.
Per quanto riguarda Mechanical, sono stati necessari 10 minuti per generare una mesh adeguata, mentre, come già evidenziato, questo passaggio non è richiesto manualmente in Discovery. Un’altra importante differenza riguarda il tempo necessario per l’impostazione della simulazione, pari a 10 minuti per Mechanical e a soli 2 minuti per Discovery.
È importante sottolineare che questa differenza non deriva dai comandi di impostazione dei due programmi, che risultano molto simili, ma dalla diversa procedura legata alla generazione della mesh. Più precisamente, nella simulazione con Discovery, la superficie del gancio sulla quale viene applicato il carico è stata definita precedentemente durante la fase di modellazione, mentre in Mechanical è stata definita dopo la generazione della mesh, selezionando un’area di elementi.
Nel caso in cui fosse stato adottato lo stesso approccio utilizzato in Discovery anche in Mechanical, la generazione della mesh sarebbe risultata più complessa e meno pulita. Dunque, nelle condizioni considerate, questa differenza risulta inevitabile.
Infine, per questo specifico problema, i tempi di calcolo sono risultati comparabili: Mechanical ha impiegato 3 minuti, mentre Discovery ne ha impiegati 2.
Complessivamente, l’intero processo di simulazione ha richiesto 30 minuti con Mechanical e 11 minuti con Discovery, con una riduzione del tempo complessivo di circa il 63%.
Il risultato: chi vince tra Mechanical e Discovery?
Il confronto ha evidenziato le capacità di Discovery rispetto al più tradizionale Mechanical, che rimane il software di riferimento per problemi complessi e grandi assiemi che richiedono un livello di controllo dei modelli e risultati non ottenibili tramite Discovery.
Quest’ultimo ha fornito risultati equivalenti, affermandosi quindi come un valido sostituto per quanto riguarda problemi più semplici, come il caso utilizzato per il confronto. Inoltre, si è dimostrato più performante a livello di tempistiche, in quanto ha prodotto risultati largamente sovrapponibili con una sostanziale riduzione del tempo necessario per svolgere la simulazione. Dunque, secondo questo studio, Discovery può essere considerato un valido sostituto per velocizzare e agevolare alcune simulazioni ingegneristiche e in modo particolare problemi con piccoli assiemi e condizioni relativamente semplici.
Il potenziale espresso da Discovery è incoraggiante e suggerisce che questo nuovo approccio entry-level possa essere utile nel mondo della simulazione, in particolare nella fase di prototipazione rapida o verifica iterativa.
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