Simcenter 3D : Analisi Multi Body

Può essere difficile comprendere gli ambienti operativi di sistemi meccanici complessi, come il meccanismo delle fotocopiatrici, i tettucci scorrevoli delle automobili o i flap delle ali degli aerei. Molti strumenti CAD offrono soluzioni cinematiche che aiutano i progettisti nell’ottimizzazione del percorso meccanico per il controllo delle interferenze. Tuttavia, la cinematica da sola non fornisce tutte le informazioni fondamentali necessarie, quali ad esempio i carichi dinamici generati dalle parti in movimento utilizzabili per la valutazione dei motori.

Simcenter 3D offre funzionalità per l’analisi dinamica multi-body che vanno oltre la semplice cinematica. Per i sistemi meccanici, l’analisi del moto consente di calcolare le forze di reazione, le coppie, le velocità, l’accelerazione e molto altro. L’integrazione del software per l’analisi del moto con NX consente di convertire direttamente la geometria CAD e i vincoli dell’assieme in un accurato modello di moto, mentre il solutore di moto integrato e le affidabili funzionalità di post-processing rendono possibile lo studio di una vasta gamma di comportamenti del prodotto.

Analisi di un Cinematismo

Questo filmato mostra l’animazione di una simulazione dinamica multi-corpo eseguita con NX Motion sul sistema di sterzo di un veicolo speciale.

Guarda il video (0:28).

Corpi Rigidi

L’analisi dinamica multi-corpo (multi-body) comincia con il moto dei corpi rigidi. Alla base del metodo cìè l’ipotesi che ogni componente all’interno del meccanismo sia un corpo rigido, ovvero che non possa deformarsi sotto l’azione dei carichi dinamici e influenzare di conseguenza il moto. Anche se in realtà, la maggior parte delle parti non sono veramente rigide, questa ipotesi può essere comunque accettata per effettuare una stima, e nella maggior parte dei casi le analisi con i corpi rigidi producono risultati accurati. A seconda del tipo di movimento analizzato, i corpi rigidi possono entrare in contatto con altri componenti.

Simcenter 3D offre una soluzione complete per l’analisi cinematica e dinamica del moto dei corpi rigidi. Ma quello che rende unico Simcenter 3D è l’integrazione con NX CAD, il che significa utilizzo della geometria esatta per definire il meccanismo. Simcenter 3D è in grado di creare automaticamente un modello dinamico partendo dall’assieme CAD definendo ogni parte dell’assieme come corpo rigido, e convertendo ogni vincolo di assieme nel collegamento cinematico appropriato. Simcenter 3D può modellare e simulare con facilità il contatto tra corpi 3D, e un beneficio ulteriore dell’utilizzo della geometria esatta è che anche l’analisi di contatto risulta accurata.
Simcenter 3D converte direttamente gli assiemi CAD in modelli di analisi dinamica funzionanti. In aggiunga, il modello del moto è associativo con la geometria CAD, il che significa che il movimento del modello viene aggiornato automaticamente con le modifiche al disegno CAD. Le funzioni di schematizzazione della catena cinematica comprendono:

  • Giunti meccanici
  • Vincoli
  • Molle
  • Cuscinetti
  • Smorzatori
  • Contatto 2D e 3D

Corpi Flessibili

La simulazione cinematica tipica utilizza la rappresentazione dei meccanismi utilizzando l’ipotesi di corpi rigidi. Questo approccio è accettabile per una progettazione generale, ma in molti casi i corpi rigidi non rappresentano accuratamente tutte le parti e gli assiemi coinvolti. Di conseguenza, si corre il rischio di non riuscire a prevedere correttamente le prestazioni, perché la simulazione cinematica di rigido corpo non è in grado di rappresentare correttamente certi comportamenti dinamici. Utilizzando una formulazione di corpo flessibile è possibile analizzare insieme la deformazione elastica e il moto della catena cinematica corpo rigido. Questo permette una comprensione più accurata delle prestazioni della parte nel contesto del meccanismo.

Simcenter 3D consente ai progettisti e agli ingegneri di investigare le prestazioni del progetto realizzando modelli molto fedeli che combinano la deformazione elastica e il moto del corpo rigido. Includere la flessibilità della parte nel modello può aiutare la comprensione dei fenomeni meccanici quando le condizioni di analisi includono impatti e/o variazioni di movimento improvvise, o quando il componente è abbastanza flessibile per influenzare il movimento del meccanismo.
Il flusso di lavoro implementato in Simcenter 3D per eseguire l’analisi di dinamica con corpi flessibili è molto semplice. All’interno di Simcenter 3D si definiscono uno o più componenti del meccanismo come flessibili. Simcenter 3D sostituisce i componenti rigidi con modelli ad elementi finiti equivalenti che permettono di considerare la loro rigidezza. Dietro le quinte, NX Nastran esegue l’analisi di condensazione dei superelementi, che permette di rappresentare nel modello dinamico il contributo statico e dinamico del componente, attraverso le sue forme modali.

Controllo delle Interferenze

I controlli dell’interferenza sono importanti quando è coinvolto il movimento della parte, come il movimento di una sospensione automobilistica o il meccanismo di un carrello di atterraggio degli aeromobili. È fondamentale individuare le potenziali interferenze su tutto il campo di movimento del prodotto, e nel caso tenere conto dei componenti flessibili che aggiungono deformabilità al sistema.

Durante la progettazione di nuovi assiemi, è necessario considerare lo spazio a disposizione in opera per l’assemblaggio e se i componenti interferiscono con la geometria circostante. Molti pacchetti CAD includono controlli di interferenza che funzionano insieme con una soluzione cinematica, ma cosa succede se il montaggio comprende oggetti come boccole o tubi che introducono un elemento di flessibilità al sistema? Il controllo delle interferenze basato sulla sola analisi cinematica non è in grado di risolvere questo tipo di problemi

Simcenter 3D riesce a risolvere questi problemi perché fornisce un vero risolutore dinamico multi-body in grado di calcolare lo spostamento e la posizione dei componenti del gruppo collegati a molle, boccole e corpi flessibili. Inoltre, Simcenter 3D rende semplice e veloce l’analisi del movimento direttamente all’interno dell’ambiente NX perché può convertire automaticamente un gruppo di geometrie CAD in un modello di movimento. Utilizzando direttamente la geometria, è possibile ottenere una vera comprensione di come il meccanismo si comporterà nel suo ambiente operativo, e determinare se sia necessario apportare modifiche al progetto al fine di evitare problemi di interferenza.

Simcenter 3D con corpi flessibili non solo permette di determinare se si verifica una condizione di interferenza dovuto alla deformabilità della parte, ma dice anche esattamente dove si verifica l’interferenza e durante quale istante del ciclo di movimento. Questo permette di affrontare il problema con precisione, risparmiando tempo prezioso e aumentando la capacità di risolvere il problema senza passare attraverso numerose iterazioni e test fisici.

Co-Simulazione con sistemi di controllo

I prodotti di oggi hanno spesso sistemi di controllo elettronici, impianti idraulici o software che ne gestiscono il funzionamento. Riuscire a verificare l’impatto del sistema di controllo sul comportamento del meccanismo e viceversa è una sfida fondamentale per gli ingegneri.

E’ possibile aumentare la confidenza sul funzionamento del progetto simulando e ottimizzando simultaneamente sia i sistemi meccanici che la logica di controllo. Simcenter 3D ha la capacità di co-simulare i progetti meccanici accoppiati con sistemi di controllo progettati in MATLAB/Simulink di MathWorks. La co-simulazione aiuta il progettista meccanico e il progettista del sistema di controllo a testare l’interazione tra sistemi meccanici ed elettronici già nelle prime fasi del processo di progettazione. I primi test consentono di verificare se la progettazione del sistema di controllo sia abbastanza robusta per controllare la dinamica del meccanismo, e contribuisce a eliminare costose modifiche nelle fasi di sviluppo successive.
Simcenter 3D supporta la co-simulazione tra il solutore Motion e Simulink per valutare contemporaneamente le prestazioni sistema meccanico e del sistema di controllo. Il software Simcenter 3D Motion Control consente di controllare il movimento di un meccanismo utilizzando lo schema del sistema di controllo modellato in MATLAB / Simulink.
La co-simulazione può essere eseguita dalla soluzione Simcenter 3D Motion, o dalla soluzione MATLAB/Simulink, consentendo il monitoraggio utilizzando in tempo reale entrambi gli ambienti.