L’analisi ad elementi finiti, detta anche simulazione FEM, rappresenta un validissimo strumento per lo studio del comportamento di strutture e sistemi meccanici soggetti a determinate condizioni di sollecitazione e di vincolo.
Mesh di calcolo
Nel metodo FEM, la struttura da analizzare viene dunque discretizzata in tanti elementi di forme ben definite (triangoli e quadrilateri per domini bidimensionali, tetraedri e esaedri per domini tridimensionali), la cui unione prende il nome di Mesh. Grazie alla risoluzione di funzioni matematiche di base presenti su ciascuno elemento, si ottiene una soluzione numerica finale che descrive la distribuzione delle sollecitazioni, delle deformazioni e degli spostamenti del sistema oggetto di analisi.
Tipologie di analisi FEM
Esistono varie tipologie di calcolo strutturale FEM, ciascuna delle quali fornisce la distribuzione di grandezze fisiche differenti, quali sollecitazioni, deformazioni, temperature, campi magnetici, campi elettrici. Le principali tipologie di analisi strutturali FEM sono:
- Analisi statiche lineari, in cui si prevede l’utilizzo di legami elastici-lineari per materiali, carichi e vincoli e il comportamento della struttura è considerato indefinitamente elastico.
- Analisi statiche non-lineari, in cui si tiene conto del legame costitutivo non lineare dei materiali.
- Analisi di buckling, in cui si studiano fenomeni che possono portare una struttura al collasso per effetto del carico di punta senza che abbia raggiunto i limiti di resistenza del materiale.
- Analisi modali, in cui vengono analizzate le frequenze proprie del sistema oggetto di verifica
- Analisi dinamiche nel dominio del tempo e della frequenza, in cui viene caratterizzato il comportamento dinamico di una struttura soggetta a carichi in funzione del tempo o della frequenza;
- Analisi a fatica per predire la durata di un componente soggetto a un determinato ciclo di carico
- Analisi termiche che permettono di calcolare l’andamento della temperatura in ciascun punto del sistema applicando le equazioni della trasmissione del calore per irraggiamento, conduzione e convezione al modello.
Perché fare un’analisi FEM?
Il vantaggio dell’utilizzo di queste analisi consiste nel poter effettuare verifiche strutturali di sistemi complessi in modo matematico, risparmiando così tempo e denaro rispetto a un approccio sperimentale.
In aggiunta, una volta scoperte le criticità del sistema oggetto di analisi, è possibile ottimizzare la geometria per aumentarne le performances.
