Studio Consolaro

Modellazioni FEM
Predimensionamento e Calcolo

Studio Consolaro

Forti di un’esperienza pluriennale nell’ambito dell’analisi FEM, siamo in grado di offrire modellazioni FEM accurate e consulenza per il dimensionamento strutturale certificato secondo le più recenti normative.

Nello specifico ci occupiamo di

  • Modellazioni FEM accurate
  • Predimensionamento e calcolo di strutture
  • Vulnerabilità sismiche
  • Ottimizzazione geometrica
  • Riduzione peso dei componenti
  • Verifica resistenza strutturale e rigidità componenti
  • Verifica deformazioni
  • Verifica cinematismi
  • Verifica strutturale secondo normative


Che analisi FEM proponiamo?

  • Analisi Statiche Lineari
  • Analisi Statiche Non Lineari /li>
  • Analisi Dinamiche Lineari
  • Analisi Cinematiche-Dinamiche
  • Analisi dei Cinematismi
  • Analisi di Verifica a Fatica
  • Analisi Buckling
  • Analisi di Ottimizzazione Geometrica

PRO_SAP
98%
PCM
90%
IDEA Connection
95%


Cosa sono le analisi strutturali FEM?
Le analisi strutturali FEM (metodo a elementi finiti) permettono di calcolare il comportamento strutturale di un sistema.
Le analisi FEM sono importanti quando si vuole eseguire l'analisi di strutture complesse o studiare ingegneristicamente il comportamento di sistemi meccanici e macchine.
Come funziona il metodo FEM?
Tramite una griglia geometrica definita mesh, il metodo FEM suddivide il modello geometrico in tanti piccoli elementi di facile calcolo.
La soluzione finale viene trovata dal sistema "sommando" tutte le soluzioni parziali calcolate per ogni elemento.
A fronte delle condizioni al contorno applicate, un'analisi FEM permette di ricavare spostamenti, deformazioni e tensioni presenti in un sistema strutturale.
Limiti della teoria classica
Le classiche formule derivate dalla teoria della scienza delle costruzioni hanno validità solo in casi particolari. L'errore più comune è quello di estendere il loro utilizzo su qualsiasi struttura. Per esempio, intagli, spigoli, sezioni tozze sono casi in cui esse non dovrebbero essere applicate.
Potenziale delle Analisi FEM


Il metodo migliore per risolvere un grande spettro di problemi è quello di eseguire simulazioni FEM. Strutture complesse possono essere totalmente calcolate e ottimizzate, utilizzando i calcoli a elementi finiti FEM.
Si possono agevolmente individuare:

  • punti critici o deboli delle strutture
  • eccesso o difetto di materiale
  • buona o cattiva distribuzione delle masse
  • stati di sollecitazione
  • stati di deformazione
  • punti di rottura

50

strutture in legno

350

strutture in c.a.

250

strutture in acciaio

250

strutture in muratura

Modellazione FEM

Predimensionamento

Vulnerabilità Sismiche

Analisi agli elementi finiti: un laboratorio virtuale da utilizzare

Per analisi agli elementi finiti, altrimenti detta FEA – Finite Element Analysis oppure FEM – Finite Element Method, si intende una serie di strumenti software che permettono di effettuare simulazioni ingegneristiche.
Tali strumenti riproducono un banco di prova vero e proprio, dove il nostro pezzo meccanico può subire sollecitazioni statiche o dinamiche, può deformarsi o subire una variazione di temperatura.
Come in un banco di prova, siamo interessati alla verifica dei requisiti di progetto da parte del pezzo meccanico. Differentemente da un banco di prova però, in un’analisi FEM siamo un’ambiente virtuale, un ambiente dove il prototipo, che è formato direttamente dal file CAD 3D, può essere modificato in pochi istanti e subire un nuovo test di funzionamento.
Già qui emergono i vantaggi di tale tecnologia: si riduce il numero di prototipi fisici da realizzare e annessi costi e soprattutto tempi di sviluppo.

La valenza sperimentale delle analisi FEM

Una domanda tipica riguarda la valenza sperimentale di tale analisi.

Veramente un’analisi virtuale di questo tipo è comparabile con un esperimento eseguito su un banco di prova?

La nuova generazione di software FEM ha raggiunto un livello di accuratezza assolutamente paragonabile a quello di un banco di prova a tal punto che oramai il vero limite non sono i software ma l’utilizzatore. Difatti, così come su un banco di prova è il collaudatore che deve garantire la regolarità del test che viene eseguito, anche in analisi FEA è l’utente del software che, attraverso esperienze e conoscenze, deve garantire un utilizzo corretto dello strumento che ha a disposizione.

Un’analisi passo passo

Partiamo dalle basi: per un’analisi FEM completa si parte da un file CAD (i.e. file STEP, IGES) e da questo viene realizzata una mesh o griglia di calcolo. Si tratta di una suddivisione della nostra geometria in elementi base che costituiscono il punto di appoggio per la risoluzione matematica del nostro problema. Tale fase rappresenta un punto fondamentale, in quanto la qualità della mesh influenza i risultati in maniera approfondita.
Eseguita la fase di mesh si passa alla definizione delle proprietà del materiale. Generalmente si utilizzano materiali isotropi lineari elastici, ovvero materiali che hanno una risposta uguale in tutte le direzioni (come i metalli). Si identificano quindi due coefficienti che caratterizzano ogni materiale: Modulo di Young (E) e coefficiente di Poisson (ν). Noto il materiale è possibile passare alla definizione dei vincoli/carichi del nostro sistema. Questa è sicuramente la parte più intuitiva, in quanto si va a fissare tramite vincoli il pezzo meccanico esattamente come se fosse reale, oppure a caricarlo con forze e pressioni equivalenti a quelle di esercizio.
Il Calcolo strutturale FEM dei componenti e la più realistica delle simulazioni permettono di passare alla produzione con la massima tranquillità.
Testando le condizioni di impiego si riducono i prototipi, si accelerano i tempi e si migliora la qualità. Utilizzando l’analisi FEM di simulazione prototipi o metodo degli elementi finiti (FEM – Finite Element Method) è possibile individuare preventivamente:

  • punti critici e debolezze strutturali;
  • stati di sollecitazione e deformazione;
  • possibili punti di rottura dovuti a sollecitazioni cicliche e/o termiche.

I vantaggi nell’economia di progetto sono evidenti sia in termini di tempo, sia di costi. Attraverso l’anticipazione virtuale dei comportamenti (statici, dinamici, termici) il progettista potrà, ad esempio, distribuire adeguatamente le masse per diminuire le sollecitazioni, alleggerire i componenti, individuare i materiali adeguati, già in fase di modellazione 3D, ottimizzando al meglio energie e prodotto finale.

2700

modelli con Pro_Sap

250

modelli con PCM

100

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Lo studio Consolaro è sostenitore del Centro Europeo
di Formazione e Ricerca in Ingegneria Sismica