Structural Mechanics Module

Nuova app: Viscoelastic Structural Damper

Gli smorzatori viscoelastici sono utilizzati frequentemente per proteggere le strutture alte dalle vibrazioni. L'app Viscoelastic Structural Damper può eseguire analisi nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze per un tipico smorzatore viscoelastico. L'app consente di calcolare e analizzare i parametri importanti dello smorzatore come, ad esempio, il ciclo di isteresi e i moduli di perdita e conservazione per un modello di materiale predefinito. Inoltre, l'app offre un confronto visivo del comportamento dello smorzatore quando si utilizzano due settaggi diversi per i parametri del materiale viscoelastico.

È possibile modificare il numero di rami viscoelastici ed i corrispondenti parametri del materiale, così come l'intensità e la fase del carico applicato. L'app può essere utilizzata per studiare lo smorzatore in una gamma di frequenze o in un problema tempo-dipendente.

Interfaccia utente dell'app Viscoelastic Structural Damper, con il grafico di isteresi in direzione z al foro 1. Interfaccia utente dell'app Viscoelastic Structural Damper, con il grafico di isteresi in direzione z al foro 1.

Interfaccia utente dell'app Viscoelastic Structural Damper, con il grafico di isteresi in direzione z al foro 1.

New App: Beam Section Calculator

L'app Beam Section Calculator consente di valutare i dati della sezione trasversale di una vasta gamma di travi standard US e UE. I dati calcolati possono essere trasferiti per utilizzarli come dati di ingresso nel software di simulazione COMSOL Multiphysics®.

Dato un insieme di forze e momenti sulla sezione, è anche possibile calcolare una distribuzione dettagliata dello stato di sforzo. L'app si basa sull'interfaccia Beam Cross Section in COMSOL Multiphysics.

I risultati dei dati della sezione trasversale, calcolati tramite l'app Beam Section Calculator. I risultati dei dati della sezione trasversale, calcolati tramite l'app Beam Section Calculator.

I risultati dei dati della sezione trasversale, calcolati tramite l'app Beam Section Calculator.

Nuova app: Truss Bridge Designer

L'app Truss Bridge Designer è un esempio di uno strumento di simulazione per una categoria specifica di strutture di ingegneria civile, in questo caso un ponte a capriata di Pratt. Questo ponte è caratterizzato dalla presenza di travi diagonali su ciascun lato, tutte dirette verso il basso e verso il centro della campata. A causa di questa particolare progettazione, le travi diagonali sono soggette solo a trazione, mentre le travi verticali, che sono più corte e quindi meno sensibili a buckling, sono soggette a compressione.

Nell'app, è possibile modificare tutte le principali quote geometriche della campata e le travi di sostegno. È inoltre possibile indicare il carico in termini di un qualsiasi numero di camion e di un carico di vento agente lateralmente. Oltre allo studio stazionario, che valuta gli spostamenti e gli sforzi indotti dai carichi, è possibile calcolare le frequenze proprie del ponte.

Nell'app Truss Bridge Designer, gli sforzi delle travi portanti sono mostrati in una delle schede dei risultati. Nell'app Truss Bridge Designer, gli sforzi delle travi portanti sono mostrati in una delle schede dei risultati.

Nell'app Truss Bridge Designer, gli sforzi delle travi portanti sono mostrati in una delle schede dei risultati.

Nuova app: Linear Buckling of a Truss Tower

L'analisi di buckling è la ricerca del carico di compressione critico oltre il quale le strutture diventano instabili. L'app Linear Buckling of a Truss Tower simula l'instabilità di un traliccio soggetto a carichi di compressione verticali per determinare il carico di buckling critico.

Con l'app, è possibile calcolare e analizzare il carico di punta di un traliccio in condizioni geometriche diverse, quali varie altezze del traliccio, area della sezione trasversale, materiali diversi. È possibile, inoltre, indicare se il traliccio è libero o sostenuto da tiranti. L'app prende in considerazione l'effetto di carico morto (peso proprio della capriata e dei tiranti di sostegno e loro pre-tensionamento) durante il calcolo.

L'app Linear Buckling of a Truss Tower calcola il modo di buckling per un traliccio stabilizzato con tiranti. L'app Linear Buckling of a Truss Tower calcola il modo di buckling per un traliccio stabilizzato con tiranti.

L'app Linear Buckling of a Truss Tower calcola il modo di buckling per un traliccio stabilizzato con tiranti.

Nuova app: MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling

Per l'integrazione nei circuiti microelettronici, i dispositivi MEMS sono fissati su circuiti stampati e collegati con altri dispositivi. Poi, l'intero circuito viene spesso ricoperto di un composto in resina epossidica (EMC) per proteggere i dispositivi e le loro interconnessioni con la scheda. I polimeri epossidici utilizzati per queste applicazioni sono soggetti ad assorbimento di umidità e a dilatazione igroscopica, che possono causare la delaminazione tra l'EMC e la scheda o un comportamento errato dei componenti MEMS.

L'app MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling simula lo scostamento della deformazione misurata nel tempo dovuto alla dilatazione igroscopica in un sensore di pressione MEMS in ambiente umido. L'app consente al progettista di raggiungere la sensibilità necessaria e ridurre al minimo la deriva, specificando parametri geometrici, proprietà del composto e condizioni esterne.

L'app è stata realizzata sulla base delle interfacce Transport of Diluted Species, Solid Mechanics e Shell nel software COMSOL Multiphysics®.

L'app Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling con i risultati di una simulazione della stabilità del sensore di pressione. L'app Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling con i risultati di una simulazione della stabilità del sensore di pressione.

L'app Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling con i risultati di una simulazione della stabilità del sensore di pressione.

Nuova app Interference Fit

L'app Interference Fit consente di studiare la connessione tra due tubi ottenuta per interferenza. Poiché il diametro del tubo interno è maggiore di quello del tubo esterno, il tubo interno viene compresso mentre il tubo esterno si espande.

La pressione di contatto risultante dipenderà quindi dalla geometria iniziale dei due pezzi. Inoltre, la coppia e la forza trasferite dipendono dalla forza di attrito tra i due pezzi, che è proporzionale alla pressione di contatto.

Nell'app, è possibile modificare le geometrie dei tubi, la dimensione della regione di sovrapposizione e il coefficiente di attrito. In questo modo, l'app mostra lo sforzo efficace nell'assemblaggio, la pressione di contatto all'interfaccia tra i due tubi e la deformazione dei due tubi in corrispondenza dell'interferenza.

Risultati degli sforzi calcolati nell'app Interference Fit. Risultati degli sforzi calcolati nell'app Interference Fit.

Risultati degli sforzi calcolati nell'app Interference Fit.

Modelli di materiale da librerie programmate esternamente

COMSOL Multiphysics versione 5.2 prevede un nuovo modo di specificare modelli di materiali definiti dall'utente. È ora possibile accedere a funzioni esterne, scritte in codice C e compilate in una libreria condivisa. Scrivendo una funzione in codice C, è anche possibile utilizzare funzioni che descrivono il comportamento del materiale scritte in un altro linguaggio di programmazione. In questo modo è possibile programmare modelli di materiale personalizzati e distribuirli come componenti aggiuntivi.

La libreria esterna può sia definire completamente la relazione sforzo-deformazione, sia restituire solo il contributo di deformazione anelastica a modelli di materiale già disponibili. Anche il semplice uso del solo contributo di deformazione anelastica è piuttosto interessante. Esso permette l'implementazione di materiali simili a quelli dei modelli già disponibili per mezzo di sottonodi del nodo Linear Elastic Material come lo sono, ad esempio, plasticità e creep. La relazione completa sforzo-deformazione, d'altro canto, corrisponde a un nodo di materiale di primo livello come, ad esempio, il modello di materiale Cam-Clay e viene utilizzata per definire un modello di materiale da zero.

Due nuove funzioni sono disponibili nell'interfaccia Solid Mechanics per l'utilizzo di questa nuova funzionalità: il modello di materiale External Stress-Strain Relation e il sottonodo External Strain del nodo Linear Elastic Material.

Le opzioni esistenti definite dall'utente nei nodi Hyperelastic Material, Plasticity e Creep, ad esempio, sono un modo pratico ma più limitato di definire modelli di materiale personalizzati.

Aggiungere una External Stress-Strain Relation come materiale per alcuni domini.

Aggiungere una External Stress-Strain Relation come materiale per alcuni domini.

Aggiungere una External Stress-Strain Relation come materiale per alcuni domini.

Contatto in presenza di piccoli spostamenti relativi

COMSOL Multiphysics versione 5.2 offre un nuovo metodo semplificato per calcolare le distanze all'interno di coppie a contatto. È possibile utilizzare questa funzionalità quando vi sono piccoli spostamenti tra le superfici a contatto, ad esempio in casi di calettamento o imbullonatura di due parti. Con questo metodo, la mappatura tra le superfici source e destination viene calcolata una sola volta in corrispondenza della configurazione iniziale, per accelerare e stabilizzare la convergenza. Per utilizzare questo metodo, impostare il metodo di mappatura su Initial configuration nella finestra impostazioni della coppia a contatto.

Adeguamento del gap di contatto iniziale

A volte, la discretizzazione agli elementi finiti di superfici curve provoca notevoli irregolarità nella distanza iniziale tra le due superfici di una coppia di contatto. Per compensare questo problema è ora possibile utilizzare il calcolo predefinito del gap iniziale. Questo gap iniziale può quindi essere sottratto nell'analisi successiva se si seleziona la casella di controllo Force zero initial gap nella finestra impostazioni Contact dell'interfaccia Solid Mechanics.

Sforzi dovuti al calettamento tra il tubo di sterzo e la corona nella forcella di una bicicletta (dal nuovo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork). Sforzi dovuti al calettamento tra il tubo di sterzo e la corona nella forcella di una bicicletta (dal nuovo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork).

Sforzi dovuti al calettamento tra il tubo di sterzo e la corona nella forcella di una bicicletta (dal nuovo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork).

Matrice di massa piena in Added Mass

La funzione Added Mass è stata estesa con la possibilità di immettere una matrice di massa piena.

Inserimento opzionale dello smorzamento termoelastico

Nell'accoppiamento multifisico Thermal Expansion è ora possibile decidere se la derivata temporale degli sforzi deve agire oppure no come fonte di calore nel problema di scambio termico. Selezionando la nuova casella di controllo Thermoelastic damping, il problema diviene accoppiato bidirezionalmente quando si risolve un problema tempo-dipendente.

Prescribed Velocity/Acceleration Interpretation in Stationary Analysis

Quando nel modello è presente il nodo Prescribed Velocity o Prescribed Acceleration, è possibile stabilire come interpretare queste condizioni al contorno in un'analisi stazionaria: possono essere considerate come vincoli (constrained) o ignorate (free). Questo è particolarmente utile nei modelli e nelle app con diverse tipologie di analisi miste, comprese analisi nel dominio delle frequenze, tempo-dipendenti e stazionarie.

Nuovo modello: Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork

L'interferenza è una tecnica usata per unire o montare un pezzo sopra o attorno a un altro. Il pezzo interno viene raffreddato in modo che si restringa e quindi viene montato. Quando il pezzo si riscalda nuovamente e si espande, si sviluppa una pressione di contatto all'interfaccia fra i due pezzi.

Questo tipo di connessione viene simulato nell'esempio tutorial della forcella di una mountain bike, dove il tubo dello sterzo viene collegato alla corona. La simulazione valuta la pressione di contratto e la distribuzione delle tensioni, così come la forza e la coppia trasmesse.

Gli sforzi principali massimo e minimo alla connessione tra il tubo di sterzo e la corona. Gli sforzi principali massimo e minimo alla connessione tra il tubo di sterzo e la corona.

Gli sforzi principali massimo e minimo alla connessione tra il tubo di sterzo e la corona.