Modellazione Modulo

Nel caso in esame, il modello CAD del telaio del veicolo, privo ovviamente di tutti i componenti meccanici non strutturali, è stato esportato in formato STEP solido, per poterlo importare all’interno dell’ambiente di modellazione FEM utilizzato, ovvero il software Altair Hypermesh.

Il formato STEP ha permesso di mantenere intatti i layer delle varie componenti dell’as- sieme telaio, facilitando in questo modo la visualizzazione di parti specifiche del modello.

A questo punto l’idoneità della geometrica CAD importata viene verificata, visualizzan- done i bordi ed evidenziando, qualora ve ne fossero, quelli che risultano aperti.

Questo in quanto il metodo che verrà uti- lizzato in questo caso per estrarre la mesh di elementi richiede la presenza di volumi chiusi.

Per questo modello, composto da travi e piastre di spessore molto ridotto rispetto all’estensione, è stato scelto un tipo di mesh ad elementi bidimensionali, quindi un mod- ello shell ,al quale verrà in seguito associato lo spessore del materiale.

In questo caso infatti, dove verranno ese- guite analisi statiche lineari di deformazione torsionale e flessionale, non è necessario valutare le tensioni tridimensionali degli elementi 3D, che potrebbero al contrario restituire valori di spostamento non veritieri, dovuti al ridotto spessore dei profili.

Per ottenere la mesh 2D da una geometria solida, Hypermesh ha bisogno di estrarre per prima cosa le midsurface , le superfici medie dei vari profili solidi.

Queste superfici inoltre, vanno verificate affinchè non siano presenti fori non neces- sari, tagli, superfici sconnesse, e tutti quegli

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elementi che genererebbero una mesh aperta ed errata.

Di conseguenza, anche tutte le feature di stile, come i raccordi e gli smussi, che quindi non influenzano la struttura del componente, vanno eliminati per semplifi- care il più possibile la mesh e facilitare così i processi di analisi.

Dopo aver ottenuto il modello comple- to per superfici medie di tutto il telaio, è possibile creare una mesh bidimensionale con gli strumenti presenti in Hypermesh, e controllare tutti i parametri relativi alla precisione, oltre che correggere eventuali elementi falliti durante la creazione.

Questo metodo va eseguito manualmente, passo per passo.

Tuttavia esiste un plugin, esterno ad Hyper- mesh, che automatizza l’intero processo, dalla creazione delle superfici medie, pas- sando per la semplificazione delle geome- trie, arrivando ad ottenere una mesh. Questo strumento, chiamato Batch Mesh- er, permette di impostare tutti i parametri ed i passaggi che si desidera svolgere per ottenere la mesh desiderata, senza dover manualmente applicare lo stesso metodo

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ad ogni elemento singolarmente.

Per creare le mesh del modulo powertrain dunque, è stato utilizzato il Batch Mesher, che è stato impostato secondo parametri concordati con il tutor Altair.

Una volta terminato il processo, si procede all’apertura del file contenente il modello in elementi finiti, insieme alla geometria delle superfici medie generate.

Si passa a verificare gli elementi ottenu- ti con il Quality Index, uno strumento di controllo ed ottimizzazione della mesh, che evidenzia in maniera grafica tutti gli elementi e distingue con vari colori il grado di perfezione degli elementi, evidenziando in rosso quelli falliti, ed in giallo quelli non ottimali.

Una volta verificata la bontà della mesh, è possibile passare alla connessione dei vari componenti del modello.

A questo stadio infatti, il modello è semplicemente un insieme di parti collo- cate in uno spazio definito dalla geometria CAD importata, ma che non hanno alcuna connessione tra loro.

Di conseguenza, si devono vincolare le va- rie parti secondo la tecnologia di fissaggio scelta in fase di progettazione.

In questo caso, i profili e le piastre del tel- aio vengono fissate per mezzo di incollaggi con adesivo strutturale, di conseguenza bisogna ricreare all’interno di Hypermesh questo tipo di fissaggio.

Per simulare connessioni di qualsiasi ge- nere in Hypermesh, è necessario utilizzare degli elementi specifici, definiti connectors, di geometria identica a quella degli elemen- ti tradizionali, ma con proprietà e parametri differenti a seconda della connessione da simulare.

E’ possibile simulare connessioni mec- caniche come rivetti e bulloni, oltre che saldature a punti, con elementi 1D ROD che simulano il comportamento e la massa dell’elemento di fissaggio, e creano con- nessioni con gli elementi della mesh circos- tante; i fissaggi tramite saldatura continua vengono simulati con elementi 2D QUAD

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in serie lungo tutta la linea di fissaggio indi- viduata tra i componenti; gli incollaggi infine vengono simulati con elementi 3D interpos- ti tra due componenti.

L’incollaggio richiede l’uso di un elemen- to 3D in quanto deve essere simulata la reazione dell’adesivo allo stress della forza applicata, e come esso reagisce nei con- fronti delle componenti che deve fissare, di conseguenza non basta descrivere la connessione come bidimensionale, ma è necessario introdurre un numero maggiore di nodi per meglio specificare la distribuzi- one del carico in quel punto.

Si procede dunque ad individuare le aree soggette ad incollaggio e si posizionano i connectors relativi agli incollaggi, chiamati AREA in Hypermesh.

A questo punto il modello FEM è definito nella sua geometria ed è fissato secondo la tecnologia scelta per la realizzazione. Il passo successivo è la creazione del- le card dei materiali, ovvero i profili che contengono le caratteristiche fisiche da applicare agli elementi, per descriverne il comportamento fisico.

Sebbene il modello sia composto da un singolo materiale, la lega di alluminio 6063, è necessario creare un profilo anche per l’adesivo, altrimenti Hypermesh non rius- cirebbe a definire il suo comportamento in fase di analisi, facendo fallire il modello.