Domande e risposte sull’analisi ad elementi finiti
Nel precedente articolo sulla simulazione FEM abbiamo cercato di fare un’introduzione a quella che è un’attività di analisi che in SAECON viene svolta quotidianamente.
L‘analisi FEM (o FEA) permette di scomporre un problema complesso in elementi più semplici da calcolare, permettendo così, attraverso l’utilizzo di un software specializzato, di risolverlo.
Proseguiamo il nostro viaggio esplorativo aggiungendo qualche nuovo spunto e considerazione di cui spesso ci troviamo a discutere con i nostri clienti.
Che vantaggi presenta l’analisi FEM rispetto ai test fisici tradizionali?
L’analisi FEM consente di simulare il comportamento di un oggetto in modo virtuale. È quindi facile comprendere il risparmio di costi e di tempi in cui questo si traduce. Per questo oggi questa metodologia gioca un ruolo chiave in molti ambiti industriali. La sua applicazione è utile in fase di progettazione e di sviluppo di nuovi prodotti. Problemi potenziali possono essere risolti prima della realizzazione di un prototipo fisico, andando quindi a risparmiare materiali ed energie.
Consente inoltre di testare un sistema in condizioni particolarmente critiche, che possono essere pericolose da replicare in laboratorio.
Il limite della sperimentazione tradizionale può essere facilmente superato, offrendo risultati che con un test in laboratorio si sarebbero ottenuti in tempi molto più lunghi e, a volte, senza raggiungere lo stesso grado di accuratezza.
Quali applicazioni concrete offre l’analisi ad elementi finiti (FEM)?
Nel settore industriale sempre più spesso si fa ricorso all’analisi FEM (o FEA) per le ragioni espresse sopra. Alcuni esempi in cui può portare benefici immediati possono essere:
- Ottimizzazione: l’analisi computazionale consente di verificare se il progetto è stato sviluppato in maniera corretta, evidenziando dove e come sia possibile ridurne il peso senza che ne abbiano a risentire le prestazioni (quanto materiale serve e dove deve essere impiegato).
- Prototipazione: in fase di studio e sviluppo di un prototipo l’impiego della simulazione consente di evidenziare anomalie tecniche da subito, evitando di scoprirle solo in fasi successive.
- Affidabilità: come si comporterà un oggetto dopo un dato lasso di tempo? L’analisi ad elementi finiti consente di simulare il comportamento anche nel tempo, evidenziando i punti critici che più facilmente potrebbero essere soggetti a rotture, andando quindi a prevenire fermi di produzione.
- Studiare il processo di produzione: attraverso la simulazione si possono studiare processi come l’estrusione o lo stampaggio per ridurre difetti o per migliorare l’efficienza.
Quali sono le sfide e i limiti di questo tipo di analisi?
Le sfide comuni nella simulazione FEM includono la complessità dei modelli, la scelta appropriata delle condizioni di contorno, la definizione accurata dei materiali e l’interpretazione dei risultati. Affrontare tali sfide richiede esperienza, competenza e validazione incrociata dei risultati anche con test sperimentali.
Collaborare con consulenti esperti è fondamentale per superare queste difficoltà e assicurarsi che i risultati ottenuti siano affidabili. Ciò può essere realizzato attraverso confronti con dati sperimentali o test fisici. La convalida incrociata tra simulazione e test fisici aiuta a identificare eventuali discrepanze e a calibrare il modello per ottenere risultati coerenti con il comportamento reale.
Quanto costa un’analisi FEM?
Questa è probabilmente la domanda che più spesso ci sentiamo porre. La risposta non è semplice come si potrebbe pensare.
Molto dipende dall’obiettivo per cui viene richiesta la simulazione e dai risultati che il cliente vuole ottenere.
Il costo di un’analisi è infatti spesso direttamente proporzionale al tempo di esecuzione che una simulazione richiede. La complessità del modello e la quantità di calcoli richiesta sono elementi determinanti sia per la durata di preparazione di un modello FEM (tempo ingegnere) come anche per la sua risoluzione (tempo macchina). Software avanzati possono sfruttare il calcolo parallelo e il cloud computing per ridurre i tempi di esecuzione dei calcoli.
Compito del consulente è quello di indirizzare il cliente verso la giusta combinazione di parametri da impiegare sulla base del risultato che si vuole ottenere. Non tutti i problemi richiedono lo stesso livello di accuratezza dei risultati.
FEM: costi e risultati
Per completare la risposta sui costi di una simulazione FEM è necessario relazionarsi agli obiettivi da raggiungere. Più alto è il livello di accuratezza dei risultati e dei dati che è necessario avere a disposizione, più elevato sarà il tempo di simulazione e di conseguenza il costo. Un investimento a beneficio delle performance.
Pensiamo a due casi. Da un lato delle verifiche su un’attrezzatura di sollevamento chiamata a movimentare tonnellate di merce, dall’altro un problema di vibrazioni a un macchinario. Entrambi i clienti chiedono un’analisi FEM per verificare da un lato la stabilità e la resistenza, dall’altro risolvere un problema a un macchinario in fase di costruzione.
Nel primo caso il livello di rischio per il fabbricante è molto alto, ne va dell’incolumità del personale impiegato nell’utilizzo dell’attrezzatura. Dall’altro, il rischio è ridotto alla necessità di consegnare una macchina perfettamente performante.
SAECON analizza sempre le necessità del cliente al fine di proporre la soluzione ottimale per il suo specifico caso
Quali software di simulazione utilizziamo in SAECON?
Sul mercato esistono una vasta gamma di software di simulazione in grado di offrire funzionalità diverse in base al tipo di analisi o combinazioni di esse da effettuare: meccanica strutturale, elettromagnetismo, fluidodinamica, termodinamica, etc.
SAECON utilizza e offre corsi di formazione sui prodotti ANSYS. Essendo distributori autorizzati per il Ticino, godiamo di un canale preferenziale per conoscere le ultime novità del mercato, potendo quindi testare nuove funzionalità e applicabilità dei prodotti in anteprima, garantendo ai nostri clienti la scelta del miglior software disponibile sulla base della specifica esigenza.
INDICE DEI CONTENUTI
- Domande e risposte sull’analisi ad elementi finiti
- Che vantaggi presenta l’analisi FEM rispetto ai test fisici tradizionali?
- Quali applicazioni concrete offre l’analisi ad elementi finiti (FEM)?
- Quali sono le sfide e i limiti di questo tipo di analisi?
- Quanto costa un’analisi FEM?
- FEM: costi e risultati
- Quali software di simulazione utilizziamo in SAECON?
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