L’analisi FEA /FEM per la progettazione

"L’analisi FEA è considerata un metodo di prototipazione digitale"

Partiamo da questa affermazione e scopriamo cosa significa FEA nell’ambito manufatturiero e quali strumenti ci aiutano a risolvere o verificare molte situazioni reali.

L’incredibile evoluzione del mondo computazionale con calcoli sempre più rapidi ha permesso ai progettisti di avvicinarsi sempre più al mondo della simulazione attraverso i modelli matematici che descrivono fenomeni reali con sempre più precisione e accuratezza.

Dai primi studi aerospaziali del secolo scorso si è sempre più diffusa l’analisi numerica di modelli permettendo di analizzare svariati studi: analisi strutturali statiche e dinamiche, termiche, fluidodinamiche etc.

FEA e FEM: di cosa si tratta?

Un ruolo fondamentale in questi studi è fornito dall’analisi FEA correlata con il metodo degli elementi finiti (FEM, dall'inglese Finite Element Method) una tecnica numerica di simulazione computerizzata il cui obiettivo è la risoluzione in forma discreta ed approssimata di un sistema reale molto complesso

(Dalla cospicua letteratura ingegneristica e fisica su questo interessante argomento e semplificando molto possiamo riassumere in questo modo: i sistemi fisici da analizzare e descritti da equazioni differenziali complesse vengono ridotti a sistemi di equazioni algebriche più facilmente gestibili).

Il software di analisi agli elementi finiti scompone un oggetto o un sistema complesso in parti più piccole e semplici, chiamate elementi finiti. Questi elementi sono collegati tra loro con dei nodi. Utilizzando equazioni matematiche, il software FEA simula il comportamento di ogni piccolo elemento sottoposto a diverse forze fisiche, come stress, calore, pressioni o vibrazioni. Questo processo consente ai progettisti di approssimare il comportamento dell'intero componente/assieme analizzando l'insieme dei singoli elementi.

Il flusso di lavoro inizia con la creazione di un modello 3D (parti o assiemi), che viene poi suddiviso in una mesh di elementi finiti tramite un processo chiamato meshing.

Le corrette proprietà dei materiali, i carichi e le condizioni al contorno vengono applicati al modello per simulare le condizioni reali (pre-processing).

Il software risolve quindi complesse equazioni matematiche – approssimazioni numeriche delle leggi fisiche – per ciascun elemento (fase del processing).

I risultati finali dell'analisi tipicamente campi ed entità come spostamenti, sollecitazioni, fattori di sicurezza e deformate risaltano ad esempio con a bande di colori scalate o versori. Questi esiti dello studio vengono così analizzati per orientare i miglioramenti progettuali, migliorare la sicurezza e le prestazioni.

Questa fase fondamentale chiamata post-elaborazione fornisce informazioni approfondite sul comportamento di strutture e componenti prima ancora che vengano realmente costruiti.

In sostanza ciò si traduce in una riduzione dei tempi di sviluppo, dei costi, dei test con prototipi fisici e dei rischi, aumentando al contempo l'affidabilità del prodotto.

A cosa serve l'analisi FEA?

La FEA ci permette di rispondere a domande come queste:

• La mia struttura resisterà al carico imposto in una zona particolare?
• Il progetto è in grado di resistere alle sollecitazioni indotte dai gradienti di temperatura oltre alle sollecitazioni associate ai carichi meccanici statici?
• La mia parte è incline alla risonanza?
• Le strutture lunghe e sottili cederanno a causa dell'instabilità geometrica quando sottoposte a carichi di compressione?
• Possiamo ottimizzare lo spessore di un componente in base ai carichi massimi con un certo fattore di sicurezza?
• Il nostro sistema di sostegno ha sempre funzionato ma possiamo preventivamente verificarlo?

Queste sono alcune situazioni in cui la FEA ci può aiutare. I settori industriali interessati spaziano dall’automotive, all’aeronautica alla progettazione di svariati componenti e macchine complesse.

Quindi questa strategia matematica rappresenta il cuore di gran parte dei codici di analisi disponibili nel panorama delle tecniche numeriche di simulazione.

FEA/FEM: quali software utilizzare?

NTI con i suoi team di esperti e i software Autodesk possono fare la differenza. I software di analisi e simulazione degli elementi finiti per la progettazione nelle soluzioni Autodesk sono i seguenti.

Analisi FEA/FEM: analisi conclusive

In conclusione: tutto questo e non solo, parte dall’analisi FEA che risulta indispensabile nella progettazione CAD 3D moderna per tutti i progettisti e non solo per specialisti d’ingegneria.

Oltre che fornirti le licenze dei software, NTI Italy è in grado di affiancarti con un piano formativo adatto e personalizzato alle tue esigenze, e un servizio di consulenza con i nostri tecnici specializzati.

Inoltre, come partner HP, possiamo configurare e fornire le postazioni con computer performanti dedicati per l’elaborazione anche per le simulazioni più complesse. Contattaci ora per saperne di più!

Diego Rusnighi