Procedura per la definizione di un modello agli elementi finiti non lineare: lineare:

2.8 Procedura per la definizione di un modello agli elementi finiti non

lineare:

Dopo aver sviluppato i modelli agli elementi finiti esposti nel corso di questo capitolo, si è giunti all’individuazione di una procedura alla quale è consigliato attenersi per giungere alla definizione di un modello FEM non lineare per quanto concerne descrizione dei materiali e definizione dei contattai.

Quando ci si accinge allo studio di un nuovo sistema i punti cardine da seguire sono di seguito riportati:

1. Importare all’interno di ANSYS Workbench il modello CAD dell’assieme di cui si vuole studiare lo stato tensionale, effettuare previsioni di rottura e prove di sfilo. In questo modo si ha la possibilità di poter lavorare direttamente sui modelli dai quali hanno preso origine gli oggetti poichè base anche per la progettazione degli stessi stampi.

2. Successivamente è consigliabile effettuare un’analisi della geometria importata per evidenziare eventuali irregolarità ed individuare le varie semplificazioni geometriche che possono essere eseguite per rendere il modello più regolare per la successiva meshatura. In questa fase viene utilizzato il modulo Design Modeler di ANSYS Workbench. Interventi comuni sono la rimozione di alcuni smussi, raggi di raccordo, per i quali la loro soppressione non sia motivo dell'introduzione di fattori critici per l'analisi, la fusione di più superfici piccole in una unica, senza però causare la modifica della geometria in modo irreale. Tali operazioni vengono eseguite per evitare di ottenere una mesh contenete elementi troppo piccoli in zone localizzate. In questa fase l’operatore può inoltre apportare modifiche geometriche di ogni tipo a seconda delle sue esigenza.

3. Caratterizzare i materiali da assegnare ai corpi del modello agli elementi finiti: Si consiglia di assegnare ad ogni materiale le relative caratteristiche lineari elastiche e

di effettuare con queste le prime simulazioni. Questo consente di semplificare considerevolmente la fase di Solver, permettendo di ottenere una soluzione in tempi relativamente rapidi.

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Se dall’osservazione dello stato tensionale risultante si riscontra il superamento del limite di snervamento, e per tali componenti si ritiene fondamentale considerare la ridistribuzione delle tensioni che avviene in campo plastico, si procede effettuando le successive analisi definendo dei materiali non lineari, i quali permettono quindi di considerare le reali caratteristiche elasto-plastiche.

4. Si procede quindi alla definizione del modello agli elementi finiti all’interno del modulo Mechanical di ANSYS Workbench.

In questa fase di Pre Process vengono considerati i seguenti aspetti: o Assegnazione dei materiali ai singoli oggetti;

o Definizione dei contatti:

è consigliato effettuare una prima analisi assumendo dei contatti di tipo lineare ed introdurre delle tipologie non lineari solo in caso venga portata a termine con successo tale simulazione preliminare.

o Definizione della mesh:

Si consiglia di effettuare una prima analisi definendo una mesh “grossolana” con lo scopo di verificare la correttezza del modello FEM creato, prediligendo la velocità di soluzione (la dimensione degli elementi dipenderà dalla specifica geometria).

Una mesh più fine può essere definita in analisi successive per conoscere con elevata precisione lo stato del sistema modellato e per evidenziare con maggiore precisione le zone che presentano criticità strutturali.

Si deve tuttavia far attenzione a non definire elementi di dimensioni troppo piccole in quanto con il maggior numero di elementi risultante, a parità dei restanti parametri, comporta un incremento dei tempi di soluzione che a volte può risultare inaccettabile.

o Applicazione delle condizioni di vincolo:

In caso vengano individuati possibili moti rigidi del sistema si consiglia di aggiungere ulteriori vincoli al fine di eliminare tali moti per ottenere una sicura e rapida convergenza dei modelli.

In analisi successive si procederà eliminando tutti i vincoli in eccesso, giungendo a dei modelli agli elementi finiti che descrivono lo stato assunto dal

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sistema reale minimizzando le sollecitazioni causate dalle particolari condizioni di vincolo imposte.

o Applicazione dei carichi:

In caso venga simulato un sistema contenete più condizioni di carico si suggerisce di suddividere i carichi in opportuni Step al fine di facilitare la risoluzione del modello.

o Dall’apposita sezione “Analysis Settings” è possibile controllare la suddivisione in Step della simulazione; ed in caso di analisi non lineari definire un eventuale ulteriore suddivisione in Substep.

5. Solver:

Avviando la soluzione il calcolatore procede risolvendo l’analisi agli elementi finiti.

6. Post Process:

Se la soluzione è giunta a convergenza, in questa fase è possibile ricavare i risultati desiderati per ogni corpo del sistema in analisi.

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2.9

Le analisi agli elementi finiti sviluppate nel corso di questo capitolo hanno permesso di entrate all’interno della tematica affrontata e vengono ritenute una solida base fondamentale per poter approfondire, nei successivi capitoli, tutti gli aspetti riguardanti i sistemi analizzati.

Analisi agli elementi finiti finalizzate ad effettuare previsioni di rottura:

Le prime analisi FEM finalizzate ad effettuare previsioni di rottura, riportate nella parte iniziale di questo capitolo, riprendono quanto già veniva fatto in azienda fino a questo momento. Esse hanno permesso di entrare all’interno delle tematiche affrontate nel corso della seguente trattazione e di stabilire una serie di punti cardine attraverso i quali è consigliabile passare ai fini di conseguire con maggior precisione e rapidità di calcolo il risultato preposto, ovvero l’analisi del processo di chiusura del sistema.

Al termine di questa prima fase si è giunti allo sviluppo di un modello agli elementi finiti caratterizzato da un’accuratezza tale da poter effettuare correttamente delle previsioni di rottura in riferimento all’assieme analizzato.

Analisi agli elementi finiti finalizzata ad effettuare una prova di sfilo:

Al termine di questo capitolo è stata affrontata una tematica nuova rispetto a quanto viene effettuato in azienda fino a questo momento. L’obbiettivo preposto in suddetta fase consiste nel verificare mediante analisi agli elementi finiti se il sistema considerato sia in grado di garantire, una volta effettuata la chiusura dei lembi del manicotto, la tenuta del carico assiale applicato alla gamba del treppiede. Tale controllo viene denominato “Prova di sfilo”.

Al termine di questa fase si è giunti ad una configurazione finale del modello agli elementi finiti che ha consentito di verificare il funzionamento caratterizzante il sistema reale. Dopo l’applicazione di un carico di chiusura di , definito in corrispondenza dei lembi del manicotto uniti dalla leva ad eccentrico, il sistema è risultato in grado di mantenere il tubo di diametro esterno solidale al morsetto in seguito ad un carico di sfilo di .

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Tale configurazione verrà poi adottata per sviluppare i modelli agli elementi finiti esposti nel corso del Capitolo 9, mediante i quali ci si pone l’obiettivo di effettuare delle previsioni finalizzare ad accertare se il sistema analizzato è in grado di garantire, una volta effettuata la chiusura dei lembi del manicotto, la tenuta del carico assiale applicato alla gamba del treppiede ancora prima di realizzare i primi prototipi dei componenti.

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