Il valore dell'Analisi FEM nella progettazione: progettare, simulare, innovare

Nel mondo della progettazione meccanica industriale, la capacità di prevedere il comportamento strutturale di un impianto o di un macchinario prima della produzione è un requisito fondamentale. 

A supporto di questa necessità entra in gioco il Metodo degli Elementi Finiti (FEM): una tecnica di simulazione numerica utilizzata per prevedere il comportamento fisico di un oggetto reale sotto l’azione di forze, carichi termici, vibrazioni, pressioni e altri fenomeni. 

In pratica, il modello 3D del componente viene suddiviso in una rete di piccoli elementi (detta mesh), ciascuno dei quali viene analizzato singolarmente. I risultati ottenuti da tutti gli elementi vengono poi combinati per capire come l’intero oggetto si comporterà. 

Questo permette agli ingegneri di rispondere a domande cruciali prima ancora di costruire un prototipo, come: 

• Il mio componente resisterà al carico?
• Dove si concentrano le sollecitazioni?
• Si deformerà troppo?
• Qual è la sua frequenza di risonanza? 

L’obiettivo quindi è semplice: capire come si comporterà il modello in determinate condizioni reali. 

Conoscere questo a priori, prima cioè della messa in produzione, comporta numerosi vantaggi in termini soprattutto di risparmio di risorse, sia economiche, che di tempo. In particolare: 

• riduzione dei costi, grazie alla riduzione della necessità di realizzazione di prototipi fisici e di relativi test
• riduzione dei tempi di sviluppo, potendo identificare rapidamente eventuali problematiche, debolezze o criticità
• ottimizzazione del design, che prima di essere messo in produzione può essere validato dalla progettazione per un’ottimizzazione di resistenza e/o funzionalità
• analisi di scenari complessi, difficilmente realizzabili con metodi tradizionali o che comunque comporterebbero costi eccessivi

Ma come funziona il processo di analisi FEM?

Le fasi principali sono tre e si dividono in: 

• Pre-processing, ovvero la preparazione del modello. In questa fase si parte dal modello 3D e si assegnano materiali, vincoli (fissaggi), carichi (forze, pressioni, temperature) e si genera la mesh, ovvero la suddivisione in elementi 
• Processing, ovvero il solving.Il solutore calcola come ogni elemento della mesh reagisce ai carichi e alle condizioni imposte. Ad esempio calcola tensioni, deformazioni e spostamenti su ogni parte del modello
• Post- processing, ovvero l’analisi dei risultati. Tramite grafici, mappe di colore e curve vengono mostrati i risultati permettendo di trovare i punti critici sul modello da migliorare