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In che modo la simulazione del flusso integrata accelera il processo di progettazione meccanica?


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È da diversi decenni che ingegneri e matematici cercano di migliorare la comprensione e la previsione della dinamica dei fluidi e del fenomeno del trasferimento termico servendosi della simulazione fluidodinamica computazionale (CFD,Computational Fluid Dynamic). L'obiettivo è chiaro: ottimizzare la progettazione dei prodotti e dei processi che coinvolgono il flusso dei fluidi, riducendo al minimo lo sforzo sperimentale, i tempi e i costi.

Tuttavia, è solo durante l'ultimo decennio che la teoria CFD ha ottenuto ampi consensi nel settore della progettazione industriale, anche grazie all'abbattimento dei costi legati alla potenza elaborativa, ad algoritmi matematici più precisi e a codici CFD commerciali più intuitivi. L'adozione del metodo CFD è stato inoltre favorito dal passaggio dal disegno 2D a quello 3D con l'uso di modelli solidi.

Le aziende che sviluppano software CFD si sono impegnate maggiormente ad accelerare i propri algoritmi matematici piuttosto che a integrare il software nell'ambiente di progettazione meccanica mainstream. Molte aziende commerciali che supportano soluzioni CFD affermano di essere integrate con il software di progettazione meccanica mainstream. Ma se si analizza più da vicino il concetto di "integrazione", questo mette da parte diversi aspetti e non soddisfa i requisiti di concurrent engineering completamente integrato.

Un nuovo approccio...

Quali sono le caratteristiche e i requisiti tecnici che consentono al software CFD di raggiungere questo ambizioso obiettivo?

  • Il software deve possedere, per potere stare al passo con le continue modifiche apportate in fase di progettazione, la capacità di interagire direttamente con i dati 3D CAD originali, definiti dal software MCAD mainstream. Pochissimi degli strumenti software CFD disponibili attualmente riescono a soddisfare tale requisito. La maggior parte dei codici CFD, anche quelli che si sostiene essere integrati con il software di progettazione meccanica (MCAD), in realtà utilizza una copia della geometria 3D, la converte mediante un formato neutrale quale
    Parasolid o ACIS e aggiunge condizioni di delimitazione per creare un modello di analisi del flusso dei fluidi. Un simile approccio è destinato a fallire e non è in grado di fornire una simulazione del flusso completamente integrata, poiché lo stesso procedimento di copia e conversione introduce una "disconnessione" tra la progettazione meccanica mainstream e la versione dell'analisi.No_Road_Scooter_Flow_Image.jpg
  • Il software CFD deve avere lo stesso aspetto del software di progettazione meccanica mainstream (MCAD) e condividere, tra le altre cose, la stessa struttura gerarchica ad albero, in modo che l'utente non sia costretto a conoscere
    un nuovo ambiente al fine di far funzionare il software CFD, potendo concentrarsi
    esclusivamente sul problema fisico che sta cercando di risolvere. Anche per quanto riguarda questo aspetto, sono pochissimi gli strumenti software CFD attualmente in commercio che riescono a soddisfare tale requisito. La maggior parte dei fornitori ha scelto l'opzione di conversione, a causa dei costi e della complessità di sviluppo di interfacce utente all'interno di diversi ambienti di sviluppo di software MCAD.
  • Un problema particolare per la maggior parte degli strumenti software CFD che importano modelli solidi è rappresentato dal fatto che lo spazio del flusso
    (vuoto) da utilizzare per il modello del flusso dei fluidi non esiste come entità separata nel modello MCAD originale. Il metodo standard utilizzato dalla maggior parte dei codici CFD per affrontare questo problema consiste nell'identificare ed estrarre tutte le "cavità" dal modello MCAD, aggiungerle all'albero delle funzioni come oggetto fantasma e inserirle nella tabella. Questo approccio non è in grado di fornire una simulazione del flusso completamente integrata, poiché la coerenza dei dati e i collegamenti 1-a-1 con i dati CAD originali vanno persi.

Analisi e progettazione integrata con SolidWorks Flow Simulation

 

SOLIDWORKS Flow Simulation utilizza i dati di SOLIDWORKS 3D CAD originali
direttamente per le simulazioni del flusso dei fluidi, senza la necessità di eseguire copie
o conversioni. Il software SOLIDWORKS Flow Simulation incorpora l'esclusiva tecnologia nota come "Direct-CAD-to-CFD", ovvero un processo software che analizza il modello CAD, identifica automaticamente le aree fluide e solide, consente di definire l'intero spazio del flusso e di aggiungere la mesh in un unico passaggio, senza l'intervento dell'utente, né l'aggiunta di elementi fittizi al modello CAD.

flow_simulation.png

Lo scopo della simulazione del flusso dei fluidi è la ricerca sistematica della soluzione ottimale a un determinato problema di progettazione. A tale scopo, il tecnico deve simulare un gran numero di varianti di progetto che comportano variazioni dei parametri geometrici e delle variabili di input, delle temperature e delle condizioni del flusso.

Un ambiente MCAD come SOLIDWORKS è la piattaforma ideale per adempiere a questo scopo, poiché i componenti e gli assiemi sono già parametrizzati e strutturati in una modalità nota al progettista meccanico, così da semplificare il processo di
modifica al progetto.

Affinché ciò sia effettivamente applicabile alla realtà, il modello CAD SOLIDWORKS non solo archivia i parametri geometrici, ma anche quelli del flusso dei fluidi, le temperature, le portate e così via. Questi parametri devono essere memorizzati come funzioni basate sugli oggetti, gestiti nell'albero delle funzioni come gli altri dati Flow_Over_Ship.jpgbasati sugli oggetti e utilizzati direttamente per aggiornare il software di simulazione.

Il software SOLIDWORKS Flow Simulation offre questa funzionalità e utilizza funzioni dei parametri SOLIDWORKS specifiche, quali le configurazioni di progettazione per i collegamenti di supporto a più varianti di progettazione. Questo approccio permette la simulazione automatica e conveniente di un gran numero di varianti di progettazione, offrendo la possibilità di monitorare i risultati di ciascun modello.


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Postato da Roberto Maggiori

Consulente Tecnico Automazione
Nuovamacut Automazione Spa