Avete mai sentito parlare di calcolo FEM/FEA? Avete mai provato il modulo di Stress Analysis presente in Inventor Professional?
Iniziamo col chiarire cosa sia il FEM e come il suo uso in Inventor sia meno complesso di quello che potreste immaginare.
L’acronimo FEM, Finite Element Method, rappresenta un metodo di calcolo numerico tramite equazioni differenziali dedicato all’ottenimento di soluzioni applicate a modelli matematici ed ingegneristici. Effettivamente, la sua definizione potrebbe spaventare chi di voi non ha mai affrontato uno studio di questo tipo. In realtà, tutta la fatica la fa il software, dividendo il vostro modello 3D in parti più semplici e più facili da analizzare e risolvere.
“Nulla è veramente difficile, se lo si suddivide in tante piccole parti”, sosteneva Henry Ford ben prima dell’arrivo del FEM, dei moderni calcolatori e di Inventor. E aveva ragione.
Oggi, grazie agli applicativi Autodesk si possono risolvere problemi decisamente complessi nel campo meccanico, delle strutture, della fluodinamica e del trasferimento di calore. L’obiettivo è simulare la realtà del nostro progetto per scoprire o per avere conferma di dati, come zone deboli o maggiormente sollecitate (“stressate”), dove la nostra parte o struttura si piega maggiormente durante la sua funzione; oppure per sapere come si comporta un fluido in un determinato ambiente, o come si deforma il nostro prodotto e come può essere migliorato, ottimizzato o alleggerito. In sostanza il FEM consente di scoprire se il nostro progetto è davvero pronto per la realtà e la sua finale realizzazione. Per farlo si assegnano i materiali, le forze e le condizioni corrette, poi il programma, infine l’analisi ci darà le risposte cercate. Certamente il vostro intervento e la vostra esperienza in questa fase di setting sono cruciali: sarete voi a scegliere come interrogare il vostro modello, ossia come, dove e quanto stressarlo.
Ricordate che un problema è a metà risolto, se è ben formulato!
Le analisi FEM ci danno quindi una grossa mano per ottenere risposte laddove avere un risultato immediato con calcoli a mano potrebbe risultare difficile, lungo, impreciso o addirittura impossibile.
Tutto questo si traduce, per le aziende e per gli studi di progettazione, in un enorme risparmio e di tempo e di denaro.
Oggi, in un mercato sempre più competitivo, fare a meno dell’analisi FEM è ormai quasi impossibile per chi affronta quotidianamente nuove sfide progettuali alla ricerca di margini di miglioramento, soprattutto quando il tempo è poco e molte sono le incognite.
Autodesk Inventor Professional, Nastran e Fusion 360: vantaggi e analisi disponibili
La realtà può essere analizzata per diversi fenomeni (deformazione, sollecitazione, vibrazioni, fatica, temperatura etc.) e con diversi approcci (analisi lineare, non lineare, buckling, impatto, beam etc.). Alcuni software in commercio, come ANSYS o ABAQUS, lo fanno proprio di mestiere: essi sono programmi atti non a modellare o progettare, bensì solamente ad analizzare i prototipi digitali creati con altri programmi 3D (come AutoCAD o Inventor o altri ancora).
Un’altra categoria di programmi, tra cui Inventor e Fusion 360 per il settore manifatturiero/meccanico/impiantistico, hanno invece la capacità di creare forme 3D secondo progetto, di documentarle in tavole tecniche e, fra le altre funzionalità, anche di analizzarle con elementi finiti direttamente nel programma senza esportazioni e inevitabili perdite di dati.
Entrando un po’ più nel merito e nel tecnico, Inventor permette di effettuare analisi statiche lineari per parti e assiemi (utili per la maggior parte dei casi), analisi modali (frequenze di risonanza delle vibrazioni), Shape Generator (un suggeritore di forma in base alle forze coinvolte) e analisi strutturali per telai con profilati metallici (Analisi Beam).
Fusion 360 permette invece più analisi, anche se con un approccio meno profondo e con meno opzioni: si ha infatti analisi statica lineare e non lineare, termica, termica sotto sforzo, con carico di punta (buckling), dinamica e ancora un Ottimizzatore di Forma.
Nastran merita invece un discorso a parte. Il software nasce negli anni ’60 per la progettazione aerospaziale americana: l’acronimo significa infatti NASA STRuctural ANalysis, un risolutore di tutto rispetto!
Questo risolutore è integrato in Inventor come plug-in (per coloro che hanno acquistato la Collection Autodesk Product Design), e si chiama Nastran In-CAD. Esso è un risolutore di fascia alta e permette vari tipi di analisi come analisi statiche lineari e non lineari, termiche, modali, buckling, fatica, drop test (test di impatto/caduta), materiali compositi e iperplastici e molte altre ancora.
Qui troverete informazioni sulle potenzialità di Inventor e Nastran in-CAD.
Considerate che spesso i risultati vengono confrontati fra un risolutore e un altro per una convergenza dei risultati. Avendo la Collection per la progettazione manifatturiera di Autodesk si disporrà non solo di Inventor e AutoCAD, 3ds Max, Fusion 360, Navisworks, ma anche dell’opportunità di sfruttare di un ampio portfolio di strumenti di analisi!
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