Simulazione 101: cos’è e come può essere utile?

L'ingegneria meccanica per lo sviluppo di un prodotto consiste in tre fasi principali: progettazione, simulazione e produzione. Capite cosa significa simulazione? Se non lo sapete, non siete i soli. La simulazione può sembrare astratta. In qualità di manager o di ingegnere progettista, una maggiore conoscenza della simulazione e dell'analisi può aiutare i vostri prodotti, il vostro team e voi stessi. Continuate a leggere per capire meglio le basi della simulazione.

Che cos'è la simulazione e come può essere utile?

La simulazione è il processo di analisi dei modelli CAD (Computer Aided Design) per convalidare che i progetti sopravvivano alle condizioni degli ambienti operativi.

La simulazione utilizza in genere una variante dell'analisi agli elementi finiti (FEA). La geometria creata dal software CAD per i prodotti odierni è troppo complicata per essere risolta con le equazioni classiche, in cui si inseriscono i numeri delle dimensioni del modello, dei materiali e dei casi di carico e si ottiene un numero.

Sfruttiamo la potenza dei computer perché l'alternativa è semplicemente troppo costosa e richiede molto tempo. Senza la simulazione, i team di progettazione dipenderebbero da prototipi fisici per i test del mondo reale. Il ciclo iterativo di riprogettazione, costruzione di nuovi prototipi e ripetizione dei test sarebbe semplicemente troppo lento per i ritmi dello sviluppo dei prodotti oggi. Con la simulazione è possibile analizzare molti più casi di test, soprattutto quelli marginali, rispetto ai test reali.

Oltre a convalidare i progetti, gli strumenti di simulazione possono ottimizzare i modelli per trovare la migliore variazione possibile nello spazio delle soluzioni. Ciò significa spesso ridurre al minimo i costi di massa e di materiale, rendendo il pezzo sufficientemente robusto per soddisfare i requisiti.

Tipi di simulazione

Esistono numerosi tipi di simulazione possibili con il CAD. Discutiamo brevemente di ciascuno di essi.

• Le simulazioni di base comprendono analisi strutturali, termiche e modali. Le analisi strutturali studiano gli effetti dei carichi e delle forze per calcolare le sollecitazioni e gli spostamenti. Le analisi termiche calcolano le temperature e i flussi di calore in condizioni di conduzione, convezione e irraggiamento. Le analisi modali calcolano le frequenze naturali e le forme di modo di un oggetto.

• Le simulazioni avanzate comprendono analisi dinamiche, di meccanismo e di buckling. Le analisi dinamiche consentono di modificare i carichi in funzione del tempo o della frequenza e comprendono simulazioni di vibrazioni casuali. Le analisi dei meccanismi consentono di calcolare la posizione, la velocità, l'accelerazione, le forze, le reazioni e gli inviluppi del moto per gli assiemi con componenti in movimento. Il buckling è una modalità di rottura speciale per le sezioni sottili sottoposte a compressione. Un'analisi di buckling calcola il fattore di carico critico di buckling (BLF) e la forma di buckling.

• La simulazione multifisica consente di studiare contemporaneamente due o più tipi di fenomeni fisici in un sistema. Ad esempio, quando i carichi termodinamici e strutturali agiscono contemporaneamente, la rigidità del modello cambia. La simulazione multifisica genera risultati più accurati rispetto a quelli che si otterrebbero analizzando questi effetti separatamente e sommandoli.

• La fluidodinamica computazionale (CFD) calcola la velocità, la pressione e la temperatura dei fluidi (liquidi o gas) che scorrono all'interno e/o intorno al vostro prodotto.

Le funzionalità di simulazione di Creo

PTC offre numerose soluzioni per l'analisi e la simulazione di parti, assiemi e prodotti. Queste includono:

Creo Simulate. Si tratta dell'offerta originale di Creo per la simulazione, che utilizza una variante di FEA chiamata Geometric Element Analysis (GEA). Questo tipo di solutore è più semplice per gli analisti meno esperti, ma produce comunque risultati accurati. Creo Simulate supporta numerose analisi strutturali, modali, termiche, dinamiche e di fatica.

Creo Simulation Live (CSL). Utilizzando la potenza di Ansys, CSL consente ai progettisti di eseguire studi strutturali, termici, modali e CFD direttamente nell'ambiente di progettazione Creo. Le modifiche al modello aggiornano i risultati della simulazione in tempo reale.

Creo Ansys Simulation (CAS). Per eseguire simulazioni Ansys più complesse, CAS consente di includere idealizzazioni, CFD e multifisica nelle analisi strutturali e termiche.
Creo Flow Analysis. Questo modulo Creo di Simerics include effetti CFD avanzati, tra cui turbolenza, radiazione, cavitazione e fluidi multifase (gas e liquidi).

Opzione dinamica dei meccanismi (MDO). Molti prodotti contengono componenti in movimento. MDO consente di analizzare gli assiemi, compresi i carichi di forza e di momento, nonché entità avanzate come molle, smorzatori, gravità e contatti tra le parti.

Ciascuna di queste offerte offre una serie di funzionalità che possono migliorare la capacità del team di realizzare prodotti migliori che soddisfino le esigenze dei vostri clienti.

L'integrazione della simulazione nel processo di progettazione può ridurre i costi e il time-to-market, offrendo un elemento di differenziazione fondamentale rispetto alla concorrenza. Se la vostra organizzazione utilizza già la simulazione, una maggiore comprensione può aiutarvi a guidare il team nell'utilizzo di questi strumenti per un vantaggio strategico.