Descrizione introduttiva

Negli ultimi anni si è assistito ad una rapida evoluzione delle tecniche di progettazione meccanica, grazie al progressivo utilizzo degli strumenti CAE. In questo ambito si collocano i codici multi-body, intendendo con questa accezione generica tutti gli strumenti di simulazione che consentono di riprodurre ed analizzare insiemi di corpi interconnessi e/o interagenti.

Per le sue potenzialità, la tecnologia multi-body è già presente in numerosi settori dell’ingegneria come l’industria aeronautica, la bio-meccanica, l’industria automobilistica e motociclistica, la robotica e l’industria di processo che utilizza sistemi automatici. In tutte le applicazioni, i codici multi-body sono essenzialmente impiegati per la caratterizzazione cinematica e dinamica dei sistemi meccanici. L’analisi può essere eseguita sia per ridurre il time-to-market nella progettazione di un sistema ex-novo, sia per recuperare eventuali difetti riscontrati in esercizio.

L’analisi cinematica si esegue per verificare la funzionalità di un dispositivo, nel rispetto dei vincoli progettuali. L’analisi dinamica consente invece di estrarre le informazioni da utilizzare per il dimensionamento degli organi costituenti. In aggiunta, i risultati offrono spunti per valutazioni sulla stabilità, sulle prestazioni del sistema, sull’ergonomia e sulla sicurezza.

I moderni software commerciali consentono all’utente di creare sistemi virtuali senza dover formulare direttamente le equazioni che ne governano il moto. Il codice assolve a queste funzioni automaticamente, semplificando – significativamente – la costruzione dei modelli e il loro utilizzo. Il compito dell’utilizzatore si riduce alla schematizzazione del sistema reale, mantenendo un grado di complessità idoneo ai risultati che si intendono raggiungere. La fase di modellazione prevede inoltre la definizione degli input e degli output di sistema. Nella fattispecie, costituiscono input forze interne ed esterne variamente controllate, mentre gli output sono grandezze cinematiche e dinamiche di interesse.

Un corretto utilizzo degli strumenti multi-body richiede una buona padronanza dei software ed un’ampia conoscenza delle discipline ingegneristiche di base quali la meccanica applicata e il calcolo numerico.

Obiettivi del corso

Il corso si propone di fornire agli utenti un insieme di conoscenze che possano guidare ad un corretto utilizzo degli strumenti multi-body.

Primo obiettivo è l’apprendimento della teoria multi-body tradizionale, per mettere l’utente in condizione di valutare la adeguatezza delle scelte di modellazione, bilanciando il carico computazionale con la conformità al sistema reale.

Secondo obiettivo è l’apprendimento dei fondamenti del calcolo numerico, per consentire la comprensione dei problemi computazionali e la scelta dei solutori più efficienti.

Terzo obiettivo è l’acquisizione di conoscenze in merito ai problemi di modellistica in generale, al fine di evitare schematizzazioni poco conformi o interpretazioni dei risultati errate.

La completa assimilazione contenuti del corso consentirà al progettista che si avvicina alla tecnologia multi-body di iniziare a utilizzare tali strumenti con cognizione di causa. Viceversa, l’utente che ha già conosce gli strumenti multi-body, potrà recuperare in questo corso le nozioni che ne permettono un utilizzo perfezionato e con maggiore produttività.

Si suggerisce una integrazione di questo insegnamento con una preparazione specifica riguardante il software multi-body con cui si intende operare.

Contenuti del corso

In primo luogo si forniranno le nozioni fondamentali della teoria multi-body. La conoscenza di questa teoria è necessaria per comprendere l’incidenza delle scelte di modellazione sul carico computazionale. Inoltre, l’utilizzatore deve maturare la capacità di interpretare correttamente i messaggi del software in modo da intervenire efficacemente quando si verificano anomalie di funzionamento. Infine, il background teorico è indispensabile per la definizione ad hoc di elementi (forze, vincoli e controlli) non compresi nelle librerie dei codici e che spesso devono essere definiti analiticamente. La trattazione verrà orientata alle applicazioni che fanno uso esclusivo di corpi rigidi. Benché ciò costituisca una limitazione, i contenuti di questo modulo sono propedeutici a qualsiasi approfondimento sulla teoria dei sistemi a corpi flessibili. Va inoltre precisato che nelle applicazioni industriali comuni, la modellazione con corpi rigidi è spesso esauriente.

In seguito saranno spiegati gli elementi basilari del calcolo numerico. L’utente medio deve essere in grado di scegliere correttamente i parametri del solutore, cercando il compromesso tra la velocità di integrazione e l’attendibilità dei risultati finali.

Infine, si entrerà nei dettagli della modellazione dei sistemi meccanici. Non essendo possibile individuare regole generali per una corretta riduzione dei sistemi reali, si cercherà attraverso esempi mirati di evidenziare le problematiche connesse alle scelte di modellazione.

In questo senso saranno trattati gli aspetti riguardanti la scelta dei corpi da inserire in un modello, la scelta dei vincoli più idonei e la scelta di elementi forza/controllo da utilizzare. Per i casi affrontati si porrà enfasi sugli effetti positivi o negativi delle singole scelte.

Destinatari del corso

Il corso è rivolto principalmente ai tecnici che devono acquisire le conoscenze di base per iniziare ad utilizzare la tecnologia multi-body. Tuttavia, può servire da valido approfondimento anche per coloro che già utilizzano gli strumenti multi-body.

Prerequisiti

Analisi Matematica, Algebra Lineare e Fondamenti di Meccanica Applicata.

Materiale didattico

Dispense con i lucidi del corso.