Miglioramento della progettazione mediante simulazione di problemi strutturali e termici complessi
STRESS ANALYSIS CON MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI
VALUTAZIONE E ANALISI A FATICA E CREEP
PROGETTAZIONE SUPPORTI DI PIPING
Per analisi agli elementi finiti, note anche come Finite Element Analysis (FEA) oppure Finite Element Method (FEM), si intende una serie di strumenti software che permettono di effettuare simulazioni ingegneristiche. Grazie all’utilizzo di tali solutori il pezzo meccanico può subire sollecitazioni statiche o dinamiche, può deformarsi o subire una variazione di temperatura al fine di identificare la “bontà” del pezzo analizzato. La nascita di questa tipologia di analisi ha consentito di limitare le cosiddette prove di laboratorio, ovvero vere e proprie prove che testino il prototipo oggetto di analisi. Il vantaggio dello studio FEM è quello di poter sostituire le suddette prove pratiche con uno studio in cui il prototipo analizzato non è più “materiale”, ma “virtuale”, realizzandolo in un mondo 3D dove la prova può essere eseguita in successione cambiando di volta in volta i parametri interessati senza portare ad incrementi dei costi (1 solo modello per più prove!!!).
RIDUZIONE DEI COSTI - RIDUZIONE DEL TEMPO - RIDUZIONE DEI PROTOTIPI "MATERIALI"
Una volta realizzato il modello rappresentativo dell’elemento oggetto di analisi sarà di fondamentali importanza lo step relativo alla MESH. La “meshatura” altro non è che una suddivisione della nostra geometria in elementi base che costituiscono il punto di partenza per la risoluzione matematica del nostro problema.
Poiché la maggior parte dei componenti industriali è realizzata in metallo, la maggior parte dei calcoli FEA riguarda componenti metallici. I componenti metallici possono essere analizzati attraverso l’analisi lineare o non lineare delle sollecitazioni. I componenti non metallici (ad esempio, parti in plastica e in gomma) devono essere analizzati utilizzando metodi di analisi non lineare delle sollecitazioni, a causa del rapporto carico-deformazione complesso che li caratterizza.
Una delle tappe fondamentali del metodo degli elementi finiti è l’osservazione critica dei risultati. È importante ricordare che il metodo degli elementi finiti per quanto preciso possa essere risulta essere comunque un metodo approssimato. Il risultato contiene sempre una approssimazione, l’entità della quale fa la differenza tra un software di fascia alta o bassa, tra un utente esperto o uno meno esperto. Pertanto per far fronte a ciò risulta indispensabile procedere sia all’analisi comparativa dei risultati, ossia è sempre utile eseguire semplici calcoli manuali che permettano di valutare l’ordine di grandezza dei risultati per capire se il calcolo FEM è affetto da macro errori (errori di modellazione), sia ad un’analisi di sensitività in quanto l’approssimazione del risultato è funzione della dimensione degli elementi finiti utilizzati; per comprendere se la finitura della mesh (l’insieme di nodi ed elementi) è sufficiente o meno è buona regola eseguire una serie di simulazioni cambiando la dimensione degli elementi, per stimare la variabilità percentuale dei risultati in funzione della dimensione elemento; un buon modello presenterà una bassa variabilità percentuale dei risultati.
Principali normative in materia di componenti in pressione:
- ASME VIII
Div. 1 – Approccio DBF (design by formulas)
Div. 2 – Approccio DBF+DBA (design by formulas + design by analysis)
Div. 3 – Approccio DBF+DBA (design by formulas + design by analysis) - EN 13445 Approccio DBF+DBA (design by formulas + design by analysis)
- ASME B31.3 (Process Piping);
- ASME B31.8 (Gas Transmission and Distribution Piping Systems);
- ASME B31.1 (Power Piping);
- API (American Petroleum Institute)
