La progettazione assistita da computer (CAE) è diventata fondamentale per l’ingegneria meccanica e lo sviluppo dei prodotti. Con la rapida evoluzione del CAE nell’ultimo decennio, la simulazione è stata integrata nel processo. Tuttavia, la comprensione dei motivi per cui si ricorre alla simulazione può essere fonte di confusione per i non ingegneri: ecco quindi una rapida panoramica per aiutarvi a capire le basi.
Fondamenti di simulazione CAE
Che cos’è la simulazione CAE?
La simulazione CAE utilizza modelli al computer per prevedere il funzionamento dei prodotti in condizioni reali. Considera il modo in cui le parti e gli assemblaggi gestiranno i vari ambienti operativi e le sollecitazioni, come il calore, il flusso d’aria e la pressione.
Perché si usa la simulazione CAE?
Gli ingegneri meccanici utilizzano la simulazione per capire meglio come funzioneranno gli oggetti nei loro ambienti operativi specifici. Da qui, ottimizzano ulteriormente i progetti prima di investire in costosi prototipi fisici.
L’esecuzione di simulazioni nelle fasi iniziali e frequenti del processo di progettazione riduce significativamente i costi di sviluppo e aiuta a commercializzare i prodotti più rapidamente.
Tipi di simulazione CAE
Analisi strutturale
L’analisi strutturale è una delle valutazioni più critiche della progettazione di un prodotto. Gli ingegneri progettisti devono sviluppare i concetti e determinare se sopravviveranno o falliranno nei loro ambienti operativi.
Gli ingegneri calcolano le sollecitazioni o le pressioni in base alla forza per unità di superficie. I calcoli delle sollecitazioni sono determinati da carichi, di trazione o di compressione, su un prodotto nel suo ambiente operativo. I risultati delle sollecitazioni possono essere di tre tipi:
- Quando la sollecitazione è al di sotto del limite di snervamento Gli oggetti tornano alla loro forma originale quando viene rimosso il carico.
- Quando la sollecitazione raggiunge o supera il limite di snervamento l’oggetto si deformerà in modo permanente quando il carico verrà rimosso.
- Quando la sollecitazione supera la scala di rottura, l’oggetto si romperà.
Una volta che il progetto di un oggetto è stato finalizzato al di sotto del limite di snervamento e considerato inferiore alla rottura, è possibile determinare un margine o fattore di sicurezza. Se possibile, gli oggetti possono essere ottimizzati per essere più leggeri o più sottili. In definitiva, l’inserimento della simulazione in questo processo consente di raggiungere più rapidamente un progetto finale ottimizzato.
L’analisi strutturale misura le sollecitazioni sotto carico per determinare se un prodotto è in grado di resistere alle forze esercitate nel suo ambiente operativo standard.
Analisi modale
L’analisi modale determina il modo in cui un oggetto vibra in base alle sue forme e alle frequenze a cui può essere esposto. Gli oggetti fisici hanno dei modi: le frequenze naturali e le frequenze più elevate alle quali un oggetto vibra. Se l’energia viene immessa in un oggetto in corrispondenza o in prossimità di uno dei modi, esso vibrerà sempre di più e potrà infine rompersi. La comprensione delle frequenze modali e il completamento dell’analisi modale possono aiutare i progettisti a scegliere le alternative di progettazione ottimali e a prevenire i guasti dei prodotti.
L’analisi modale determina le frequenze che causano la vibrazione e la rottura dei prodotti.
Analisi termica
L’analisi termica determina il modo in cui i carichi o le condizioni al contorno trasferiscono il calore all’interno di un oggetto. Quando gli oggetti si riscaldano, si espandono e quando si raffreddano si contraggono; entrambe le cose hanno un impatto sulle sollecitazioni potenziali che un oggetto può sopportare. Per questo motivo, esistono tre modi per spostare la temperatura all’interno di un oggetto:
- Conduzione: trasferimento di calore per contatto diretto
- Convezione: trasferimento di calore tramite gas o fluidi
- Radiazione: trasferimento di calore tramite onde elettromagnetiche
L’analisi termica calcola la temperatura finale (stato stazionario), la temperatura nel tempo (stato transitorio) e la velocità con cui il calore entra o esce da un oggetto (flusso di calore), per poi determinare l’impatto di tutto ciò sulla funzione di un prodotto.
Volete iniziare con la simulazione CAE?
Data la rapidità dell’innovazione richiesta dai clienti, la simulazione è diventata essenziale per lo sviluppo dei prodotti. L’utilizzo della tecnologia più recente per completare la simulazione in una fase precoce e frequente del processo di progettazione contribuisce a migliorare la velocità di commercializzazione e a ridurre i costi. Le organizzazioni possono evitare di investire in costosi prototipi fisici e possono invece vedere come funzioneranno i prodotti negli ambienti reali grazie alla simulazione CAE.