Meccanica dei solidi

L'interfaccia Solid Mechanics può essere usata per la modellazione in 3D completo, 2D (sollecitazione piana, deformazione piana e deformazione piana generalizzata), simmetria assiale 2D, 1D (sollecitazione piana, deformazione piana in direzione trasversale) e simmetria assiale 1D. L'interfaccia offre l'approccio più generale all'analisi delle strutture solide con accoppiamenti multifisici integrati a molte aree fisiche diverse. L'ampia varietà di modelli di materiale consente di descrivere accuratamente qualsiasi problema di meccanica solida, ed è facile estendere queste funzionalità attraverso la modellazione basata su equazioni. È possibile definire le proprietà dei materiali con espressioni costanti, variabili nello spazio, anisotrope o non lineari, tabelle di ricerca o combinazioni di queste. Gli elementi possono essere attivati e disattivati in base alle espressioni definite dall'utente. È anche possibile assegnare modelli di materiali a superfici interne o esterne. Con questa funzione si possono modellare, ad esempio, strati di colla, guarnizioni, zone di frattura o rivestimenti.

Shell e membrane

Per le strutture sottili, l'uso di elementi shell (3D e 2D assialsimmetrico) e plate (2D) può essere molto efficiente. Le formulazioni permettono le deformazioni trasversali a taglio necessarie per modellare shell spessi. Si può prescrivere un offset nella direzione normale a una superficie selezionata, il che semplifica la modellazione quando si lavora con una rappresentazione 3D completa della geometria. I risultati di un'analisi degli elementi shell possono essere visualizzati utilizzando una rappresentazione solida.

Strutture molto sottili, come film sottili e tessuti, richiedono una formulazione senza rigidità alla flessione. Questo è possibile nell'interfaccia Membrane, in cui gli elementi curvi di sollecitazione piana in 3D o 2D assialsimmetrico sono usati per calcolare gli spostamenti sul piano e fuori dal piano, inclusi gli effetti delle increspature. Quando si studia questo tipo di struttura, la capacità di partire da uno stato precompresso è ampiamente utilizzata. Per membrane non precompresse è disponibile la stabilizzazione automatica.

Onde elastiche

Si può modellare la propagazione delle onde elastiche in solidi isotropi, ortotropi, anisotropi e piezoelettrici, per applicazioni monofisiche o multifisiche, come il controllo delle vibrazioni, i test non distruttivi (NDT) o il feedback meccanico. Le aree di applicazione vanno dai problemi micromeccanici alla propagazione delle onde sismiche.

Grazie all'interfaccia Solid Mechanics è possibile analizzare le onde elastiche, includendo gli effetti delle onde di taglio e di pressione. Le condizioni di porta meccanica possono essere usate per eccitare e assorbire i modi di propagazione nelle strutture a guida d'onda e per calcolare la matrice di dispersione di un componente. Le condizioni al contorno assorbenti e gli strati perfettamente accoppiati (PML) permettono una modellazione efficiente di domini non delimitati.

L'interfaccia Elastic Waves, Time Explicit è dedicata a problemi di propagazione di onde elastiche lineari transitorie su grandi domini contenenti molte lunghezze d'onda. Utilizza un metodo esplicito nel tempo di ordine superiore dG (discontinuous Galerkin)-FEM. L'interfaccia è abilitata alla multifisica e può essere accoppiata senza problemi a domini di fluidi.

Modelli di materiali

Lo Structural Mechanics Module fornisce modelli di materiali elastici lineari, viscoelastici e piezoelettrici, ma offre anche l'accesso a una vasta gamma di modelli di materiali non lineari, inclusi quelli iperelastici ed elastoplastici, aggiungendo il Nonlinear Structural Materials Module o il Geomechanics Module.

Inoltre, sono disponibili molte possibilità per estendere i modelli di materiali esistenti o creare i propri. Si possono inserire espressioni che dipendono da stress, deformazione, coordinate spaziali, tempo o campi provenienti da un'altra interfaccia fisica direttamente nel campo di input per una proprietà del materiale. Nelle analisi nel dominio della frequenza, si possono inserire espressioni con valori complessi. Si possono, per esempio, aggiungere equazioni differenziali personalizzate per fornire contributi di deformazione anelastica.

I modelli dei materiali possono includere espansione termica, rigonfiamento igroscopico, sollecitazioni e deformazioni iniziali, così come diversi tipi di smorzamento. Le proprietà dei materiali possono essere isotrope, ortotrope o completamente anisotrope. È possibile includere i propri modelli di materiali fornendo funzioni esterne codificate nel linguaggio di programmazione C.

Carichi e vincoli

Lo Structural Mechanics Module fornisce una moltitudine di differenti opzioni di carichi e vincoli, che facilitano la modellazione ad alta fedeltà. Si possono definire carichi distribuiti su domini, superfici e bordi, carichi dipendenti e carichi mobili. È possibile specificare una forza totale, includere la gravità o la massa aggiunta e includere strutture rotanti con forze centrifughe, Coriolis ed Eulero.

Per vincolare il modello, ci sono molle e smorzatori, così come spostamenti prescritti, velocità e accelerazione. Le condizioni al contorno periodiche, frontiere a basso indice di riflessione, strati perfettamente accoppiati (PML) ed elementi infiniti aiutano a ridurre le dimensioni del modello per una modellazione efficiente.

Dinamica e vibrazioni

Lo Structural Mechanics Module include l'analisi transitoria e l'analisi di risposta in frequenza. L'analisi di risposta in frequenza include le analisi di frequenze proprie, di frequenze proprie smorzate e di sweep di frequenza. Inoltre, sono disponibili tipi di studio specializzati per la vibrazione casuale e l'analisi dello spettro di risposta. L'analisi delle vibrazioni casuali permette input basati sulla densità spettrale di potenza (PSD) in funzione della frequenza, compresi i carichi non correlati e quelli completamente correlati. Un esempio tipico è l'analisi del carico del vento su una torre. L'analisi dello spettro di risposta è usata come metodo efficiente per determinare la risposta strutturale a brevi eventi non deterministici come terremoti e scosse elettriche. Il metodo CMS (Component Mode Synthesis), noto anche come sottostrutturazione dinamica, riduce i componenti lineari in modelli di ordine ridotto (ROM) computazionalmente efficienti utilizzando il metodo Craig-Bampton. Questi componenti ROM possono quindi essere utilizzati in analisi dinamiche o stazionarie, riducendo il tempo di calcolo e l'utilizzo della memoria.

Travi, tubi, barre e cavi

Ci sono tipi di elementi specifici per la modellazione di travi, descritti dalle proprietà della loro sezione trasversale. Sono disponibili formulazioni sia per travi sottili (teoria di Eulero e Bernoulli) che per travi spesse (teoria di Timoshenko). Accoppiamenti predefiniti permettono di combinare travi con altri tipi di elementi per studiare rinforzi per strutture solide e a shell. È disponibile una libreria di tipi di sezioni trasversali comuni ed è possibile modellare sezioni trasversali generali.

Inoltre, lo Structural Mechanics Module permette di modellare strutture snelle che possono sostenere solo forze assiali (truss e cavi). Questi elementi possono anche essere usati per modellare i rinforzi.

L'analisi strutturale dei tubi è simile a quella delle travi, ma con l'aggiunta di una pressione interna che di solito contribuisce significativamente alle sollecitazioni in un tubo. Inoltre, i gradienti di temperatura di solito si verificano attraverso la parete del tubo, piuttosto che attraverso l'intera sezione. I carichi dalla pressione interna e dalle forze di trascinamento possono essere presi direttamente dai risultati di un'analisi termica e di flusso nel tubo usando il Pipe Flow Module.

Contatto e attrito

Situazioni in cui gli oggetti entrano in contatto tra loro si verificano frequentemente nelle simulazioni meccaniche. Le analisi statiche e dinamiche possono includere la modellazione del contatto e gli oggetti in contatto possono avere spostamenti relativi arbitrariamente grandi. Inoltre, si possono modellare gli effetti dell'attrito, sia di adesione che di scorrimento.

La funzionalità di analisi del contatto include anche la possibilità di prevedere l'adesione e la decoesione tra gli oggetti in contatto, e di modellare la rimozione di materiale per usura quando gli oggetti stanno scivolando l'uno rispetto all'altro.

Meccanica della frattura

Sono supportati diversi approcci alla modellazione delle cricche. Una cricca può essere infinitamente sottile e rappresentata da un unico confine o rappresentata da superfici disgiunte nella geometria. Una cricca può avere un numero qualsiasi di rami e fronti di cricca corrispondenti.

Gli integrali J e i fattori di intensità delle sollecitazioni possono essere calcolati in 2D e 3D. Si può anche imporre un carico sulle facce della cricca.

Aggiungendo il Nonlinear Structural Materials Module o il Geomechanics Module, si possono modellare il danno e la rottura nei materiali fragili secondo diversi criteri.

Funzionalità ingegneristiche

Nello Structural Mechanics Module, si trovano diverse funzionalità di ingegneria strutturale che consentono agli utenti di creare modelli del mondo reale in modo più rapido. Tali funzionalità includono condizioni al contorno come connettori rigidi per la modellazione di corpi rigidi e vincoli cinematici, bulloni con pretensione e linearizzazione delle sollecitazioni per l'analisi di recipienti a pressione, nonché:

• Gestione automatica degli elementi RBE2 da importazione NASTRAN^®
• Modellazione del contatto della filettatura del bullone
• Valutazione delle saldature
• Saldature a punti indipendenti dalla mesh
• Elementi di fissaggio, ad esempio rivetti, per collegare automaticamente fori allineati
• Valutazione della curvatura
• Espressioni del fattore di sicurezza
• Calcolo delle forze di sezione a taglio attraverso un solido
• Casi di carico
• Sovrapposizione di casi di carico
• Calcolo delle proprietà effettive dei materiali
  • Utilizzo di elementi di volume rappresentativi (RVE)