Il calcolo FEM con Inventor Professional

Se sei un assiduo utilizzatore di Inventor Professional, probabilmente avrai già sentito parlare di calcolo FEM/FEA, ma chissà se hai mai provato il modulo di Stress Analysis presente nel software. In questo articolo ti sveleremo tutti i segreti dell’analisi a elementi finiti di Inventor, continua a leggere se vuoi conoscere tutti i passi da seguire per cominciare a creare con questo variegato programma.

Il primo step è definire cosa sia il FEM e come il suo utilizzo in Inventor sia, non solo necessario, ma anche meno complicato di quel che sembra a prima vista. FEM è un acronimo per Finite Element Method,  ovvero un metodo di calcolo numerico tramite equazioni differenziali dedicato all’ottenimento di soluzioni applicate a modelli matematici ed ingegneristici. 

In effetti parole così tecniche potrebbero risultare quasi incomprensibili a chi non possiede una preparazione di base di tipo ingegneristico, ma in realtà si tratta della capacità del programma di suddividere il modello 3D che state creando in parti più semplici e più facili da analizzare e risolvere.

Quello di suddividere qualcosa di complesso in parti più piccole e più facilmente analizzabili non è certo una novità! Già Henry Ford sosteneva che “Nulla è veramente difficile, se lo si suddivide in tante piccole parti”, certo non avrebbe mai potuto immagine che la sua massima si sarebbe un giorno applicata al FEM dei moderni calcolatori e di Inventor.

Le possibilità offerte oggi dagli applicativi Autodesk  consentono di trovare soluzioni a problemi decisamente complessi in vari campi, come quello delle strutture, della fluidodinamica e del trasferimento di calore. La capacità di questi programmi è quella di poter simulare la realtà del nostro progetto per poterne evidenziare virtualmente sia i punti deboli che quelli di forza. Grazie alla conferma di dati è possibile, ad esempio, di individuare le zone più sollecitate (“stressate”) della nostra struttura che potrebbero piegarsi maggiormente durante la loro funzione, o ancora potremmo scoprire come si comporterebbe un fluido in un determinato ambiente, o come si deforma il nostro prodotto e come può essere migliorato, ottimizzato o alleggerito.

In altre parole l’obiettivo del FEM è quello di scoprire se il nostro progetto è davvero pronto per la realtà e la sua finale realizzazione. Come è possibile? Per farlo si assegnano i materiali, le forze e le condizioni corrette, poi il programma, infine l’analisi ci darà le risposte cercate. Naturalmente l’intervento dell’operatore e la sua esperienza sono fondamentali in questa fase tanto delicata, perché permetteranno di scegliere dove e quando stressare il modello, effettuando le prove corrette per raggiungere lo scopo che ci siamo prefissati.

Per poter risolvere un problema è fondamentale formularlo nella maniera corretta! L’aiuto dato dalle analisi FEM è quello di ottenere un risultato preciso senza dover eseguire calcoli a mano dove il margine di errore sarebbe più alto e il processo risulterebbe senza dubbio più lungo e difficoltoso. Per un’azienda l’utilizzo di un buon programma di progettazione vuol dire risparmiare notevolmente in termini di tempo e denaro.

Oggi sarebbe impensabile fare a meno dell’analisi FEM per chi affronta quotidianamente nuove sfide progettuali alla ricerca di margini di miglioramento, soprattutto quando il tempo è poco e molte sono le incognite.

Inventor, Nastran e Fusion 360: strumenti a confronto

Sono numerosi i fenomeni che possono sollecitare il nostro modello nella realtà e che dunque necessitano di un processo di analisi (deformazione, sollecitazione, vibrazioni, fatica, temperatura etc.) inoltre esistono diversi approcci (analisi lineare, non lineare, buckling, impatto, beam etc.). Proprio per questo motivo esistono diversi software, come ANSYS o ABAQUS, dedicati esclusivamente all’analisi. Questi programmi non sono adatti a modellare o progettare, ma permettono esclusivamente di analizzare i prototipi digitali creati con altri programmi 3D (come AutoCAD o Inventor o altri ancora).

Esistono poi altri tipi di software, come Inventor e Fusion 360 per il settore manifatturiero/meccanico/impiantistico, che hanno 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. Vediamoli più nel dettaglio:

• Inventor consente 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 è più adatto per l’analisi, sebbene abbia 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 nasce negli anni ’60 per la progettazione aerospaziale americana: l’acronimo significa infatti NASA STRuctural ANalysis, un risolutore di alta gamma. Si trova già integrato in Inventor come plug-in (per coloro che hanno acquistato la Collection Autodesk Product Design), e si chiama Nastran In-CAD. E’ possibile utilizzarlo per effettuare 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.

Molto spesso i progettisti preferiscono effettuare l’analisi con vari software per poi confrontare tra loro i risultati. La Collection per la progettazione manifatturiera di Autodesk  mette a disposizione non solo Inventor e AutoCAD, ma anche 3ds Max, Fusion 360, Navisworks e un ampio portfolio di strumenti di analisi.

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