Analisi FEM Dinamica Vibrazionale (modale, FRF, shock, random)
La gran parte delle strutture reali è soggetta a eccitazioni vibratorie. Gli scenari applicativi sono i più vasti: da vibrazioni indotte da carichi aerodinamici su strutture civili come ponti o edifici, alle vibrazioni indotte da motore e strada sulla scocca di una automobile, a ambienti vibrazionali complessi come quelli a cui è soggetta la struttura di un satellite al lancio. Il comportamento di un sistema meccanico in condizioni vibrazionali può essere efficacemente simulato, a partire dal calcolo delle frequenze proprie e dei modi propri di vibrare, tramite simulazioni di dinamica strutturale come la FRF (risposta in frequenza), l’analisi shock e random.
L’analisi di base nel campo dello studio delle vibrazioni è la ricerca delle risonanze (analisi modale), che tendenzialmente debbono essere tenute a “sufficiente distanza” dalle frequenze portanti delle eccitazioni periodiche che agiscono sul componente o sul sistema di interesse. L’analisi FEM permette di individuare sia le frequenze di risonanza che le forme modali ad esse associate, e pertanto consente di capire come eventualmente intervenire a livello progettuale per spostare (innalzare o abbassare) le frequenze proprie del sistema stesso.
Una volta compreso il comportamento dinamico di base della struttura tramite l’analisi modale, è possibile simulare la risposta dinamica rispetto a eccitazioni sinusoidali (FRF, sine analysis), eccitazioni random o shock, analisi più complesse e computazionalmente più intensive (si parla di “dinamica avanzata”), che richiedono la schematizzazione dello smorzamento della struttura in esame.
Gli scopi principali dell’analisi dinamica vibrazionale sono:
- evitare che le eccitazioni cadano in vicinanza di risonanze della struttura;
- valutare il fattore di amplificazione della struttura (Q factor) e gli stress massimi rispetto a carichi variabili in modo noto in frequenza;
- valutare risposte RMS di accelerazione e stress PSD nel caso di analisi random;
- valutare stress di picco e equivalenti in analisi di risposta shock SRS;
- effettuare studi di fatica vibrazionale;
- effettuare studi di confort vibro-acustico (ad esempio di NVH nel settore dei trasporti).
SmartCAE ha effettuato studi dinamici avanzati nei settori più vari dell’ingegneria: dalla simulazione della risposta dinamica (inertanza, rigidezza dinamica) di scocche automobilistiche complete, alla analisi della risposta di componenti aerospaziali agli ambienti vibratori random associati al lancio, alla valutazione della risposta di grandi strutture industriali di supporto a macchinari rotanti (turbine, generatori, grandi motori marini).
