MIDAS NFX - ANALISI FEM ESPLICITA
- FGCAEANALYST
- 5 mag
- Tempo di lettura: 4 min
LA DINAMICA DELLE COSE CHE IMPATTANO
L'analisi FEM esplicita è una tecnica di simulazione che viene utilizzata per risolvere eventi di tipo transitorio, come crash test e impatti.
Essa si concentra sulla risoluzione diretta delle equazioni del movimento nel tempo, senza la necessità di risolvere un sistema di equazioni algebriche in ogni passo temporale.
LA TEORIA DELLA SIMULAZIONE ESPLICITA
La teoria è molto semplice. Si parte dalle equazioni della dinamica:
Ipotizzando di conoscere l'andamento del campo accelerativo (ad esempio durante la caduta di un grave che impatta sull'oggetto), si può ricostruire l'andamento sia del passo temporale, sia del campo di velocità e sia del campo di spostamento:
dove i simboli hanno il significato noto.
In questo modo il problema non è più la risoluzione del sistema ma la risoluzione del passo temporale.
Aspetto fondamentale è quello della corretta definizione del passo temporale.
Tale condizione è definita dal "Criterio Di Courant", che impone che il passo temporale utilizzato nella simulazione sia inferiore a quello necessario perché un'onda, che si propaga attraverso la mesh, possa attraversare completamente un elemento. Tale criterio è fondamentale per garantire la stabilità e la convergenza della soluzione. Se il passo temporale è troppo grande, l'onda non avrà il tempo di attraversare l'elemento prima che venga calcolata la soluzione per il passo temporale successivo, causando instabilità. Di contro, se il passo è troppo piccolo, le tempistiche di simulazione risultano proibitive (come la memoria di allocazione necessaria). Per maggiori dettagli su questi aspetti si rimanda agli help dei relativi software.
In figura è rappresentato un esempio di come il passo temporale influenza la simulazione ed il raggiungimento del risultato corretto.
Si nota come, nel caso di discretizzazione con un intervallo temporale molto elevato, la soluzione finale è completamente diversa da quella delle reale, mentre riducendo il DT si ottiene un valore sempre più prossimo al valore reale.
MIDAS NFX ED IL CALCOLO ESPLICITO
Il software MidasNFX al suo interno ha il solutore dinamico per le analisi esplicite.
Grazie alla sua interfaccia semplificata permette di impostare questa tipologia di analisi con pochi click, il tutto senza perdere di qualità (i risultati sono paragonabili a quelli di altri software più noti).
Si vuole effettuare il caso studio di verifica a impatto di una copertura di una macchina movimento terra per valutare la bontà dei risultati e la semplicità di impostazione del calcolo.
CASO STUDIO: ANALISI IMPATTO DI COPERTURA MOVIMENTO TERRA
La struttura analizzata è una copertura di una macchina movimento terra soggetta ad un impatto dovuto da un grave che cade secondo peso proprio sopra il tettuccio. In figura è rappresentata la matematica utilizzata.
Le condizioni sono dettate dalla normativa "UNI EN ISO 3449:2009 - Macchine movimento terra - Strutture di protezione contro la caduta di oggetti dall’alto (Falling Object Protective Structures)" che richiede che la struttura sia in grado di resistere ad un impatto con un energia totale iniziale pari a 11600J.
Conoscendo la massa del grave è stata quindi calcolata l'altezza di partenza e di conseguenza la velocità iniziale da dare al sistema per simulare la condizione attuale. Infatti si può simulare sia partendo dall'altezza effettiva (non ha senso dal punto di vista computazionale) sia impostando la velocità iniziale alla posizione in cui si trova. In questo caso è stata scelta la seconda.
MidasNFX permette di impostare in maniera molto rapida tali condizioni.
Siccome la normativa prevede la valutazione a rottura, è stato inserito un modello di materiale elastoplastico a rottura. In questo caso MidasNFX permette di impostare sia il modello del materiale, sia il criterio di eliminazione degli elementi per simulare la rottura del componente.
ANALISI E POST PROCESSING
Dopo aver impostato un intervallo di tempo sufficiente a rappresentare il fenomeno ed un tempo totale che prendesse in considerazione anche una certa fase post contatto, si ottiene il seguente diagramma di spostamento massimo rispetto al tempo (MidasNFX restituisce questo diagramma come output di default):
Ogni punto del grafico è un passo temporale. Si nota che ad un certo punto varia la curvatura. Questo è dovuto al fatto che è presente una ipotetica rottura.
In questa tipologia di analisi, il primo step è quello di analizzare l'andamento della deformata, così da capire se è quello atteso.
Si riporta un video estratto direttamente dal software, tramite pochi click.
Nella barra in basso è sufficiente cliccare sul simbolo della videocamera per attivare la modalità video, premere play per far partire l'animazione e successivamente salvare il video.
Altra informazione che si può estrapolare è il valore di una certa grandezza in un particolare nodo, per monitorare in dettaglio e con dei grafici (molto più ingegneristici) una specifica grandezza.
CONCLUSIONE
Poter effettuare analisi dinamiche esplicite, in un contesto in cui la complessità della simulazione sta aumentando, sta diventando sempre più necessario per poter essere competitivi sul mercato.
Ad oggi, tali possibilità di analisi sono offerte da pochi software, i quali molto spesso non sono molto semplici da utilizzare ed hanno costi relativamente elevati.
Uno strumento come MidasNFX, dopo diverso periodo di utilizzo, permette di risolvere questi problemi con una elevata facilità e velocità (il numero di core da poter utilizzare è svincolato dalla tipologia di licenza, cosa che invece in molti software più comuni non è così).
Questo permette di ottenere i risultati in tempi molto minori, essendo più competitivi.
Inoltre la facilità nel postproccesing ed la possibilità di poter impostare un analisi dinamica, conoscendo ovviamente la materia, senza dover diventare dei programmatori (come ad esempio con soluzioni open-source), permette di poter dedicare completamente agli aspetti di lettura dei risultati e loro interpretazione.
Se volete altre informazioni su MIDAS NFX, contattatemi pure in privato scrivendo alla mia mail oppure visitate il sito www.midasmechanical.it.
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Ing. Francesco Grispo
fgcaeanalyst@gmail.com
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