A cura di Redazione
Nel mondo dell’ingegneria strutturale, l’efficienza e la precisione delle simulazioni sono fondamentali per garantire la sicurezza e l’affidabilità dei progetti. Tradizionalmente, l’analisi agli Elementi Finiti (FEA) è stata la metodologia predominante per valutare le prestazioni strutturali. Tuttavia, con l’avanzamento della tecnologia, si è sviluppato un approccio alternativo noto come simulazione senza mesh (senza griglia) o “Meshless”.
Per comprendere appieno l’efficacia del metodo Meshless rispetto alla simulazione tradizionale basata sugli Elementi Finiti, è importante esaminare le differenze nei principi e nei processi operativi.
// Analisi ad elementi finiti.
L’analisi agli Elementi Finiti coinvolge la suddivisione di una struttura complessa in elementi più piccoli, noti come “elementi finiti”. Questa suddivisione consente di risolvere equazioni complesse per stimare il comportamento della struttura sotto determinati carichi. Tuttavia, la generazione della mesh richiede tempo e risorse significative, soprattutto per strutture complesse o con geometrie intricate. Inoltre, la creazione di una griglia di calcolo adeguata per un modello FEM è spesso un processo iterativo che sicuramente richiede una certa esperienza e conoscenza da parte dell’utente. Esistono strumenti di meshatura automatica che possono velocizzare il lavoro, ma per alcune tipologie di analisi è indispensabile creare la mesh con un approccio più manuale. Infine è quasi sempre necessario semplificare la geometria CAD di partenza per non complicare troppo la griglia e quindi il calcolo.
E’ stimato che il tempo necessario per realizzare adeguato modello di calcolo e quindi una geometria semplificata e la relativa griglia è circa il 70% dell’intero processo di simulazione agli elementi finiti.
// Simulazione Meshless: Una Nuova Prospettiva
In contrasto con l’approccio agli Elementi Finiti, la simulazione Meshless si basa su una formulazione matematica che non richiede la suddivisione della struttura in elementi discreti. Invece, si concentra sulla rappresentazione dei punti di dati nello spazio tridimensionale, consentendo una maggiore flessibilità nella modellazione e nell’analisi.
Metodo FEM (a sinistra) e Metodo MESHFREE (a destra): le complessità geometriche nel metodo FEM tradizionale sono gestite dall’utnete che deve generare la griglia di calcolo, sono invece gestite dal solutore nell’approccio meshless di midas MESHFREE.
1 – Velocità e Semplificazione del Processo
Uno dei vantaggi chiave della simulazione Meshless è la sua rapidità. Poiché non richiede la creazione di una mesh, i tempi di preparazione e computazione sono notevolmente ridotti. Ciò consente ai progettisti di eseguire più iterazioni di progettazione in un tempo più breve, accelerando il ciclo di sviluppo del prodotto.
2 – Maggiore Efficienza Operativa
Con la simulazione Meshless, i progettisti possono concentrarsi direttamente sull’analisi strutturale senza dover dedicare tempo alla generazione della mesh. Questo porta a una maggiore efficienza operativa e consente una rapida valutazione delle prestazioni strutturali.
3 – Flessibilità nel Modello
La simulazione Meshless offre una maggiore flessibilità nella modellazione di geometrie complesse o inusuali. Poiché non è vincolata dalla struttura a maglie, può adattarsi facilmente a variazioni nella geometria senza dover ricreare l’intera mesh.
In Tabella 1, la simulazione mediante elementi finiti è confrontata con la simulazione meshless da diversi punti di vista: del metodo, dell’operatività specifica, delle occasioni di applicazione, ecc.
Come mostrato nella Figura 2, la semplificazione geometrica e la generazione della maglia nella simulazione tradizionale mediante elementi finiti richiedono molto tempo. Tuttavia, la simulazione senza maglia evita questi due compiti, quindi il tempo richiesto per la simulazione è stato notevolmente ridotto nel complesso. I progettisti possono testare più iterazioni di progettazione in un tempo più breve per analizzare e verificare la fattibilità di più soluzioni.
Didascalia immagine
Midas MESHFREE è un innovativo software di simulazioni sviluppato sulla base sul Implicit Boundary Method (IBM). Il software supporta attualmente analisi statiche, analisi modali, analisi dinamiche lineari, analisi termodinamiche e analisi non lineari dei materiali, di contatto e della geometria.
Presentandosi meshless verso l’utente, l’approccio midas MESHFREE è comunque basato su una griglia di calcolo di tipo strutturato generata sulla base dell’ Implicit Boundary Method. Come mostrato in figura, il software genera una griglia nel dominio di ingombro della geometria. Secondo le diverse posizioni degli elementi della griglia rispetto la geometria, ci sono elementi esterni, elementi di confine ed elementi interni. Gli elementi esterni non partecipano al calcolo, gli elementi interni sono a tutti gli effetti elementi finiti tradizionali e gli elementi di confine implementano invece l’Implicit Boundary Method. Questo approccio risulta estremamente conveniente quando la mesh è difficile da gestire durante l’analisi agli elementi finiti di strutture complesse.
Il metodo Implicit Boundary in midas MESHFREE.