Componenti del lavoro di analisi
Una singola analisi degli elementi finiti richiede diverse classi di informazione prima di poter procedere su un modello di progetto. Le più importanti informazioni necessarie sono:
Nome studio
La prima cosa da fare quando ci si appresta ad eseguire un'analisi o a generare una rete è di creare ed assegnare un nome ad uno studio. Per quanto riguarda le singole parti, lo studio deve essere associato alla parte specifica da analizzare o per cui generare la rete. Per i gruppi, invece, lo studio deve essere associato al gruppo specifico contenente le parti da analizzare. Ciò avviene utilizzando i pulsanti sulla scheda FEA nel gruppo Studio.
Proprietà del materiale
Il materiale che il progettista ha programmato di impiegare per costruire la parte reale o la struttura effettiva ha delle proprietà fisiche specifiche. È necessario includere nello studio tutte le informazioni su tali proprietà.
Creo Elements/Direct Finite Element Analysis consente di selezionare materiali predefiniti con le rispettive proprietà da un database di materiali generico, da un elenco preferito di materiali gestita dall'utente o dalla società. È anche possibile scegliere di effettuare la selezione da un elenco di materiali utilizzati durante la sessione corrente di Creo Elements/Direct Finite Element Analysis.
Condizioni di limite
Allo scopo di creare il miglior modello dell'ambiente operativo per il progetto, occorre definire in che modo l'oggetto viene vincolato quando viene impiegato. È necessario includere nello studio tutte le informazioni su tali proprietà. È saldato all'interno di un contenitore di metallo lungo uno spigolo? È inchiodato ad un supporto in sei punti alle estremità opposte del suo lato lungo ?
Le condizioni meccaniche limite sono le condizioni di carico e di spostamento che definiscono dove e come il modello di progetto è teoricamente supportato o fissato al suolo ed è soggetto a limitazioni ambientali. In modo simile, le condizioni termiche limite sono le condizioni del flusso di calore che definiscono come il modello di progetto è teoricamente conservato nell'ambiente.
Le posizioni in cui il modello è teoricamente supportato in determinate condizioni vengono definite vincoli. Questi sono punti sul modello che ne impediscono lo spostamento o la deformazione in tutte le condizioni o solo nelle condizioni selezionate e che ad esempio possono rappresentare saldature spot o posizioni di bulloni. Questo processo è anche noto come vincolo dei gradi di libertà.
Nell'ambiente di modellazione e di analisi si deve tentare di riprodurre gli effetti dei supporti della vita reale, quando si applicano i vincoli al modello.
Creo Elements/Direct Finite Element Analysis consente l'impostazione dei vincoli sul modello di progetto su dei singoli vertici, lungo uno spigolo o su una intera faccia.
Carichi
Una volta che il modello di progetto sia stato vincolato in base alle più valide valutazioni del come esso verrà ancorato e delle condizioni ambientali in cui verrà usato, si potrà cominciare ad applicare i carichi teorici alle aree specifiche che verranno interessate durante l'impiego "normale" della parte.
Un carico è composto di tre tipi di informazioni:
• Ubicazione (meccanica e termica)
• Magnitudine (meccanica e termica)
• Direzione (solo meccanica)
Quando si applica un carico in Creo Elements/Direct Finite Element Analysis, si specifica il vertice, lo spigolo o la superficie sulla quale il carico dovrà essere applicato. Si imposta poi il valore di quel carico. Infine, nel caso del carico meccanico, si imposta infine la direzione per tale carico applicato, in relazione al sistema di coordinate.
Nell'ambito di un singolo lavoro, si potranno applicare parecchi carichi e tipi di carichi sul modello di progetto (procedura di analisi). Si potrà ripetere la procedura di selezione di una ubicazione, di una grandezza e di una direzione per tutti i possibili carichi simultanei che si prevedono per quella parte o struttura.
Un altro tipo di carico è noto come spostamento imposto. Si tratta della specifica per cui un determinato punto, spigolo o superficie deve spostarsi di una determinata distanza lungo uno o più assi invece di restare fisso.
Nel caso dell'analisi termica, è anche possibile applicare un carico a convenzione libera su un modello.
Sistemi di coordinate
Con Creo Elements/Direct Finite Element Analysis non è obbligatorio creare o definire un particolare sistema di coordinate per il modello di analisi, anche se la cosa potrà essere utile per certi modelli di analisi. Occorre, tuttavia, specificare un sistema di coordinate quando si applicano condizioni di carico e al contorno.
All'interno di Creo Elements/Direct Finite Element Analysis sono disponibili tre sistemi di coordinate:
• Globale
• Locale
• Cilindriche
Il sistema di coordinate globali utilizzato da Creo Elements/Direct Finite Element Analysis viene prelevato direttamente dall'ambiente di Creo Elements/Direct Modeling in cui è stato creato il modello di progetto. Questo sistema è lo stesso sistema di coordinate cartesiane globali utilizzato in Creo Elements/Direct Modeling.
I sistemi di coordinate globali e locali vengono usati e gestiti nello stesso identico modo che in Creo Elements/Direct Modeling. Consultare la documentazione di Creo Elements/Direct Modeling per le informazioni dettagliate.
È disponibile anche un sistema di coordinate cilindriche per una ulteriore adattabilità quando si impostano i carichi e i vincoli sulle coordinate assiali, tangenziali e radiali.
Rete: nodi ed elementi
Una volta che siano state definite le proprietà del materiale, le condizioni di carico e al contorno, il modello è pronto per essere suddiviso o "discretizzato" in un insieme di elementi finiti. Tale processo è comunemente noto come creazione della rete poiché quando viene visualizzato, il risultato del processo di discretizzazione ricorda una rete. In Creo Elements/Direct Finite Element Analysis, il processo di creazione della rete è automatico e invisibile durante l'esecuzione di un'analisi. Il che non significa comunque che non sia possibile influenzare la creazione della rete.
La rete è composta da elementi finiti e da nodi. I nodi sono i punti geometrici che sono di ausilio per definire o per tracciare la geometria del modello e che collegano gli elementi. Tutti i risultati della nostra analisi, come ad esempio gli spostamenti e le forze di reazione, vengono determinate ai nodi. È lo spostamento del nodo che costituisce la base delle equazioni usate nel metodo di analisi degli elementi finiti.
Se si hanno delle ubicazioni specifiche del modello dalle quali si vogliono derivare i risultati di analisi, Creo Elements/Direct Finite Element Analysis consente di impostare ubicazioni specifiche di nodo su dei vertici, su degli spigoli e su delle facce. Tali posizioni di nodo sono definite punti cardine. (I punti cardine sono chiamati anche punti iniziali o punti griglia in alcuni sistemi FEA).
Quando Creo Elements/Direct Finite Element Analysis crea la rete per il modello di progetto, essa viene condizionata in tutte le ubicazioni che si saranno specificate. È lo spostamento del nodo che costituisce la base delle equazioni usate nel metodo di analisi degli elementi finiti.
Specificando le condizioni della rete, le equazioni del risolutore ed i risultati che vengono prodotte prenderanno in esame le ubicazioni specifiche definite dall'utente, assieme agli altri nodi generati automaticamente.
Lo scopo di specificare delle condizioni della rete è quello di assicurare la massima precisione possibile dei risultati derivati dai nodi nel modello per i parametri dati.