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Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3 -

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Virtual Prototyping and PIDO in the Spotlight Optimization of an automotive door panel acting on injection molding process parameters

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Il fenomeno del Flutter per Ponti di Grande Luce: uno studio numerico

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24124 BERGAMO Via Galimberti, 8/D Tel. +39 035 368711 • Fax +39 035 362970 50127 FIRENZE Via Panciatichi, 40 Tel. +39 055 4376113 • Fax +39 055 4223544 35129 PADOVA Via Giambellino, 7 Tel. +39 49 7705311 • Fax 39 049 7705333 72023 MESAGNE (BRINDISI) Via A. Murri, 2 - Z.I. Tel. +39 0831 730194 • Fax +39 0831 730194 38100 TRENTO fraz. Mattarello - via della Stazione, 27 Tel. +39 0461 915391 • Fax +39 0461 979201

La sperimentazione navale nell’ingegneria nautica in

Piastra Raffredata da Microfori: Funzionamento e

Progetto STAR (Simulation Technology Aeronautic

La simulazione delle lavorazioni meccaniche delle Superleghe

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FORGE - Release Notes FRAMMENTI DI FEM:Flessione secondaria nei recipienti in pressione in parete sottile

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EnginSoft e il progetto CEFEN

Nuove offerte formative per l’addestramento alle tecnologie CAE nel 2009

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Education and Research for Excellence in

modeFRONTIER Community

Engineering

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A reliability analysis with a Monte Carlo approach using modeFRONTIER

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www.enginsoft.it e-mail: info@enginsoft.it

SOCIETÀ PARTECIPATE COMPANY INTERESTS ESTECO 34016 TRIESTE Area Science Park • Padriciano 99 Tel. +39 040 3755548 • Fax +39 040 3755549 www.esteco.com CONSORZIO TCN 38100 TRENTO Via della Stazione, 27 - fraz. Mattarello Tel. +39 0461 915391 • Fax +39 0461 979201 www.consorziotcn.it

Enginsoft è presente alla conferenza annuale di ANSYS a Pittsburgh

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Per l’acquisto di spazi pubblicitari all’interno della nostra Newsletter si prega di contattare l’ufficio marketing: Luisa Cunico - newsletter@enginsoft.it

EnginSoft S.p.A.

Research)

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Pubblicità

Design of Composite Structures

Tracciamento di Particelle

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Per ricevere gratuitamente una copia delle prossime Newsletter EnginSoft, si prega di contattare il nostro ufficio marketing: newsletter@enginsoft.it Tutte le immagini utilizzate sono protette da copyright.

Ne è vietata la riproduzione a qualsiasi titolo e su qualsiasi supporto senza preventivo consenso scritto da parte di EnginSoft. ©Copyright EnginSoft Newsletter.

Software to Meet the Toughest Challenges in

Victory Design

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Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3 - Autumn 2008

The failure behavior of glass mat reinforced

ESTECO GmbH - Germany ESTECO UK - United Kingdom EnginSoft France - France ESTECO Nordic - Sweden Aperio Tecnologia en Ingenieria - Spain www.enginsoft.com

ASSOCIAZIONI PARTECIPATE ASSOCIATION INTERESTS NAFEMS International www.nafems.it www.nafems.org TechNet Alliance www.technet-alliance.com

thermoplastics (GMT) - optimization of the parameters slim and erods

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modeFRONTIER at TUBITAK-SAGE in Turkey

DIRETTORE RESPONSABILE - RESPONSIBLE DIRECTOR Stefano Odorizzi - newsletter@enginsoft.it

Why students join the modeFRONTIER university program

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STAMPA - PRINTING Grafiche Dal Piaz - Trento

modeFRONTIER Event Calendar

NEWSLETTER EnginSoft è un periodico trimestrale edito da EnginSoft SpA The EnginSoft NEWSLETTER is a quarterly magazine published by EnginSoft SpA

Autorizzazione del Tribunale di Trento n° 1353 RS di data 2/4/2008

CASE HISTORY

Sommario - Contents

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

EnginSoft Flash In autumn 2008, EnginSoft has launched several initiatives that we regard as milestones in the development of our organization and network.

First of all, our three major CAE Conferences in Venice are approaching. On 16th & 17th October, experts from various industries, research & academia, software development will come together and unify the industrial and scientific worlds of Simulation.

The Conference Program of TCN CAE 2008, which has gone online in early September, features technical contributions from around the world, on such topics as, medicine, materials and methods, process integration and multi-objective design optimization.

Furthermore, management, technical and open sessions on industrial applications, relevant to automotive, aerospace, energy and consumer goods are included in the agenda. The uniqueness of the TCN event is also reflected by such futureoriented topics as education and co-funded research projects.

In 2008, the EnginSoft Users’ Meeting celebrates its 15th anniversary as an annual occasion for those responsible for CAE and Virtual Prototyping in industry. The conference focuses on the innovation of the industrial design process featuring CAE as an indispensable tool for competitiveness. As such, the event showcases the modeFRONTIER, ANSYS, LS-DYNA, MAGMASOFT, Flowmaster, ESAcomp technologies.

The ANSYS Italian Conference 2008 will take place within the frame of the EnginSoft Conference as in previous years underlining EnginSoft’s status as the official ANSYS distributor in Italy. ANSYS expert users from all over the country will capture their audience under the ‘motto’ of the 2008 Worldwide ANSYS Conferences: Inspiring Engineering.

The modeFRONTIER international users’ meeting traditionally takes place in Trieste where the ESTECO headquarter is located.

The dates of the meeting, 14th & 15th October, have been chosen to allow the many delegates from abroad to conveniently combine their stay for the following CAE events in Venice.

ESTECO is proud to offer a top-class program with speakers from BMW, EADS, Volkwagen, VOLVO, ABB and many more esteemed organizations. modeFRONTIER users from around the world will meet with software developers and experts to discuss applications, latest developments and the capabilities and diversity of modeFRONTIER. The Venice and Trieste events will offer unique CAE occasions for our audiences to exchange experiences and latest knowledge, find new business partners, renew existing relations, and to get inspiration for the year ahead.

A major step forward in EnginSoft’s commitment to education and research is the launch of our Training & Recruitment Initiative in September 2008.

Based on our conviction that a full understanding of new complex technologies and the necessary permanent development of expertise requires a Ing. Stefano Odorizzi modern working General Manager EnginSoft environment, we have elaborated a structure for a series of Training Courses which will commence in February 2009. Course Graduates will be invited to enter into assignments with EnginSoft or its partners in Europe.

We also invite our readers to follow the contributions on modeFRONTIER, specifically the article which demonstrates the successful coupling with Moldflow or the reliability analysis with a Monte Carlo approach.

This issue also includes a contribution from The Institute of Polymer Engineering, University of Applied Science Northwestern Switzerland and their work in optimization.

The Software News this time feature the ESAComp’s 4.0 version and the design of composite structures. One of the key competences of our Civil Engineering Team is the design of longspan suspended bridges, and this issue includes an article on the challenges related to flutter phenomena.

We introduce Victory Design, their work with the ANSYS software and Virtual Prototyping in naval engineering. The Newsletter also provides Projects News, this time on our activities linked to CEFEN and STAR, as well as the latest modeFRONTIER News and Event Calendar.

The EnginSoft Team looks forward to the pleasure of welcoming our readers to Venice (16th & 17th October) and Trieste (14th & 15th October) to share our enthusiasm for excellence in Engineering!

Stefano Odorizzi Editor in chief

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Virtual Prototyping and PIDO in the Spotlight In mid-October 2008, four closely linked conferences will bring together and melt the industrial and scientific worlds of simulation, offering their audiences state-of-the-art technologies and deep insights into future developments.

Leading players and well-known speakers from the fields of virtual prototyping, process integration, and multi-objective optimization, various industries, research, software development, academia, and consultancies will come together to offer the most promising, inspiring and largest event of its kind in Italy - with wide international participation.

The Conferences that will take place concurrently in Venice on 16th and 17th October are: • TCN CAE 2008 International Conference on “Simulation Based Engineering and Sciences” • EnginSoft Conference 2008 “CAE Technologies for Industry” • ANSYS 2008 Italian Users’ Meeting The NH Laguna Palace Hotel in Venice/Mestre will provide a made-tomeasure location for the fusion of the three main conferences. The stunning venue boasts Europe’s biggest transparent glass roof and a marina that links the hotel with all canals of the world-famous historic city of Venice, built on water. The state-ofthe-art conference center and central exhibition area, with software and hardware vendors from around the globe that await our audiences, will unify the three conferences to a notto-be-missed CAE occasion.

Prior to the Venice Conferences, on 14th and 15th October, in nearby Trieste, the bi-annual modeFRONTIER international users’ meeting 2008 will be hosted by ESTECO srl, the program developers.

All these events will offer a unique forum in which enabling technologies, as well as industrial applications will be presented and discussed from a business-value perspective, allowing the participants to plan their path through the various sessions and contributions, and hence to take the maximum advantage of these unique CAE occasions.

Various independent technological studies say that computer modelling and simulation are key elements for achieving progress in engineering and science in the 21st century.

Today, we are facing an enormous expansion in our ability to model and simulate an almost limitless variety of phenomena and industrial processes.

However, and at the same time, the challenges of making progress are as substantial as the benefits.

Certainly, it is crucial for all involved in the technology circle, from researchers to industrial practitioners, to understand better the working methods and directions of their developments, implementations and the use of the various technologies. Conferences like those organized in Venice and Trieste, will help exploring ways on how to integrate virtual prototyping across multiple disciplines, including mechanics, dynamics, CFD, crash, durability and fatigue, acoustics, process simulation, control systems. In addition, the Conferences will address questions on how to:

• • • • • •

Qualify and quantify the value of computational techniques Implement virtual prototyping early in the design process Manage virtual prototyping across the supply chain Integrate and manage trade-offs between simulation and test & measurement Qualify cost-benefits of high performance computers Overcome barriers for data sharing and interpolation.

Furthermore, the agendas will include business management issues, such as: • Cost-benefit analysis • Organizational challenges • Knowledge capture • Design methodologies and training • Deployment of virtual prototyping across the supply chain • Reduction of testing • Supporting infrastructures • Staff skills profiles • Management of data • Failure scenarios • Investment protection and similar

TCN CAE 2008 International Conference on “Simulation Based Engineering and Sciences” TCN Consortium is a private company with the primary objective to provide state-of-the-art training to those people involved in fostering company innovation and competitiveness.

During the course of the year, TCN offers training at different levels and through various methods, for disciplines related to CAE, Virtual Prototyping and Testing, as well as to complementary disciplines which are bound to statistics, data structures, information technologies and software engineering in general. The aim is to

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

make the corresponding software technologies usable for industry with particular emphasis on the production context.

Ever since its foundation in 2001, TCN has experienced a growing demand for its different initiatives including: • Short courses (more than 80 courses are on offer in 2008) • Web-based courses (more than 50 courses with a unique set-up) • Mini-Masters (TCN Mechatronics has become a sort of “trademark”) • Research on education and educational methods, • specifically for EU-funded pilot projects in the frame of the Leonardo da Vinci Programme and • one Marie-Curie Project, where TCN acts as coordinator, about 500 fellowships could be established within the frame of this initiative • Bi-annual TCN-CAE Conferences.

Since TCN CAE’s first edition in Sardinia, 2nd-5th October 2003, the International Conference has received recognition for its unique approach: to build a bridge between research & academia, technology providers, industrial practitioners and managers.

With the same perspective, the 2008 conference is featuring: • A plenary session, with keynotes addressing the topics of the subsequent program parts • Three separate sessions on ‘enabling technologies’ designed around the themes of medicine, materials and methods, process integration and multi-objective design optimization • Four separate management, technical and open sessions on industrial applications, relevant to sectors such as automotive, aerospace, energy and consumer goods; • A separate session on education and co-founded research (mainly EU co-founded projects).

Keynote Speakers include such distinguished personalities from university, research, industry and technology as: • Giulio Maier, Professor Emeritus of Structural Engineering at the Technical University of Milan, and Rector of the International Centre of Mechanical Sciences of Udine, who will address the problem of “Inverse Analysis Procedures for Mechanical Characterization of Materials and Diagnosis of Structures” • Roberto Cingolani, Professor of General Physics at the University of Salento and Invited Professor at Tokio University, as well as Director of the prestigious National Nanotechnology Laboratory at Salento University, who will present an overview on “Nanomaterials with Enhanced Mechanical and Chemical Performances” • Thomas Gasser, Department of Solid Mechanics of the Royal Institute of Technology in Stockholm, who will speak about “A Simulation based Diagnostic System for the Abdominal Aortic Aneurysm” • Nevio Di Giusto, General Manager and CEO of Centro Ricerche Fiat. and Elasis S.C.p.A (Fiat Research is a co-founder and current member of TCN), who will discuss “CAX Systems

as enabling Instruments for Automotive Innovation“ • Christophe Behar, Director of the Research Centre CEA/DAM-Ile de France, who will introduce “The High Performance Computing Center at CEA” as well as its “Applications and Perspectives” • Dan Nagy, Program Director of the IMS International Research and Development Initiative • Further keynote speakers will open the parallel sessions of the conference.

TCN CAE 2008 will meet the expectations generated by its predecessor meetings and provide the ideal international forum for best possible interaction and exchange between attendees, exhibitors, sponsors and patrons!

The EnginSoft Users’ Meeting 2008. CAE Technologies for Industry The EnginSoft Users’ Meeting celebrates its 15th anniversary as an annual occasion for those responsible for CAE and Virtual Prototyping in industry. In fact, the conference is focused on the innovation of industrial design (and production) processes, identifying CAE as the indispensable tool to improve quality, efficiency and efficacy towards competitiveness. The conference will strive to provide answers to such key questions as: •

• •

•

What are the possible solutions for manufacturers to overcome organizational and technological challenges and obstacles in order to realize the full potential of virtual prototyping?

How can analysis and product design be linked together more closely?

Are there any available processes and tools that can coordinate and manage the data and workflow resulting from integrated design and analysis?

What are the best methods for deploying and managing virtual

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3 -

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dedicated to the main software that EnginSoft supports and distributes – ANSYS, modeFRONTIER, LS-DYNA, MAGMASOFT, Flowmaster, ESAcomp among others. Highlights will be new software developments and applications!

The ANSYS 2008 Italian Conference.

•

•

•

•

prototyping across dispersed enterprises and supply chains?

Will the investments made by technology providers lead to higher quality and more productive solutions?

How can virtual prototyping technologies be cost-justified when payback may be expected in years ahead in the future?

How should CAE and virtual prototyping be deployed throughout the product development process to ensure the greatest possible impact on costs, time and quality?

How can we efficiently provide suitable and ongoing training for new technologies?

The event will be opened by a plenary session with keynote addresses from: • Stefano Odorizzi, General Manager and CEO of EnginSoft on “The impact of CAE on the Innovation of the Design Process in Industry” • Professor Carlo Poloni, General Manager and CEO of Esteco on “modeFRONTIER, a Tool for Process Integration and Multi-objective Collaborative Design Optimization”, and • Jim Cashman, President and CEO of ANSYS, Inc.

As EnginSoft is the Italian distributor for the ANSYS suite of software technologies, the EnginSoft Conference 2008 hosts also the ANSYS 2008 Italian Conference. Both events are highly interconnected, specific ANSYS applications will be presented in all four parallel sessions of the EnginSoft Conference.

Case histories and CAE experiences contributed by outstanding Ansys expert users from all over Italy will perfectly underline the ‘motto’ of the 2008 Worldwide ANSYS Conferences: Inspiring Engineering. More specifically, the multiphysics approach - a unique solution and comprehensive coupled physics tool combining structural, thermal, CFD, acoustics and electromagnetic simulation capabilities in a single software product - will be highlighted.

The plenary part will be followed by four parallel sessions representing the four main industrial areas: automotive, aerospace, energy, consumer goods.

Moreover, the conference program will feature workshops and courses

The multiphysics context was actually pointed out at the 2007 EnginSoft Conference, and it was on this occasion that Keith Hanna, Corporate Marketing Director Europe, ANSYS, Inc., interviewed Stefano Odorizzi.

The interview focused on Stefano’s viewpoints and visions on the evolution of multiphysics solutions as well as future challenges to overcome. The interview will appear shortly in the ANSYS Advantage magazine. Some words taken from the interview are worth to be mentioned here, since they anticipate key topics of the discussions at the upcoming conferences.

Excerpt from ANSYS Advantage Magazine, edition 3/2008 published by ANSYS, Inc. Remarks by Stefano Odorizzi, EnginSoft S.p.A. made during an interview with Keith Hanna, ANSYS, Inc.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

“As multiphysics and advanced modeling methods become more advanced, simulation-based engineering and science will be indispensable in meeting the technological challenges of the twenty-first century. The process will not be “simulation as usual” for narrow studies of individual parts and assemblies but rather will be focused on complex, inter-related engineering systems and on analysis results that meet specified standards of precision and reliability.

Hence engineering simulation will develop new methods, technologies, procedures, processes and planning strategies. All these will be key elements for achieving progress in engineering and science. To reap these benefits, however, four significant obstacles must be overcome: First, we must revolutionize the way we conceive and perform simulation. In this respect, the mass success of computerbased engineering simulation may be its own worst enemy, because the knowledge base, methods and practices that enabled its achievements to date now threaten to stifle its prospects for the future because of organizational inertia and a reluctance to implement new approaches.

Second, we must make significant advances in supporting technologies, including those for structuring the way in which models are built and organized.

These technologies have a huge impact on the complexity, solution time and memory capacity required, and even today, some of the most complex turbulent-flow problems cannot be currently solved on the world’s largest and fastest computers. If progress continues at the rate of Moore’s Law, such solutions may not become practical for decades unless effective multiscale modeling technologies are developed to represent the entire range of complexities from minute individual component details up to broad system-level

characteristics.

Third, meaningful advances in simulation-based engineering and sciences will require dramatic changes in education.

Interdisciplinary education in computational science and computing technology must be greatly improved.

Interdisciplinary programs in computational science must be encouraged, and the traditional boundaries between disciplines in higher education must be dissolved for information to be exchanged smoothly between scientists and engineers collaborating within teams from multiple disciplines.

Fourth, because of the interdisciplinary character and complexity of simulation, we must change the manner in which research is funded. Incremental, shortterm research efforts are inadequate and instead should be replaced by long-term programs of high-risk research. Moreover, progress in such research will require the creation of interdisciplinary teams that work together on leading-edge simulation problems.

Should applied mathematics and computer science methodologies be focused on computational science at this broad scale in overcoming the above barriers, there is ample evidence that developments in multiphysics and related new disciplines could significantly impact virtually every aspect of human experience”.

Stefano’s concluding thoughts in the interview said: “Also, among the world’s leading CAE software suppliers, ANSYS, Inc. has the right long-term vision and is making significant

investments both in the core disciplines of science and engineering and in the development of algorithms and computational procedures for dynamic multiscale, multiphysics applications.

Do I personally think we will get to a point of science fiction becoming science fact within the next decade or two, where design engineers focus most of their efforts imagining product variants and product innovations while computers churn away in the background spitting out predictions in real time? I really do think these dreams will become reality in my lifetime.”

The modeFRONTIER International Users’ Meeting 2008 To stay competitive and gain market share, companies are forced to continuously improve the quality of their products. While this has been a longtime-held belief for most managers, only in recent years has it become clear that achieving higher quality is not necessarily at odds with efforts to reduce cost and time-tomarket.

The modeFRONTIER International Users’ Meeting traditionally takes place at the Mediterranean, in the beautiful city of

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Trieste, where ESTECO’s headquarter is located. The dates of the meeting, 14th & 15th October, have been chosen to guarantee smooth onward travels for delegates from abroad to nearby Venice for the following CAE events on 16th & 17th October. After all, it is only a convenient journey of about 1,5h by car or train from Trieste to Venice, the world-famous city built on water.

The 2008 modeFRONTIER event features top-class speakers from BMW, EADS, Volkwagen, VOLVO, ABB and many more esteemed organizations. modeFRONTIER users from around the world will meet with software developers and experts to discuss applications, latest developments, new features, and the capabilities and diversity of modeFRONTIER, one of the best multidisciplinary & multiobjective design optimization tools available on the market today.

As in previous years, the accompanying exhibition in the Foyer will serve as a platform for exhibitors, including EnginSoft, and attendees to meet and share technical know-how, experiences and visions for the future.

The conference’s plenary session features keynotes from: • Bombardier on the optimization of the Zefiro High-Speed Train • Fiat on their optimizations and • Advanced Simtech on the application of modeFRONTIER in real world collision reconstruction.

The 10 subsequent parallel sessions are designed around the main themes and applications of: • Automotive • Aerospace • Civil Engineering • Electromagnetism and antenna related applications and challenges Further topics will touch fuel cells, BGA, welding processes, pump design, composite structures and other.

The plenary sessions that follow are interconnected with the main conference topics and will wrap-up the discussions and offer further and more

general overviews on the impact and potential of the PIDO. Be Inspired about Optimization - Come and meet us in Trieste on 14th and 15th October 2008!

CONCLUSIONS The word “Inspiration” naturally brings up many good thoughts. In the CAE context, certainly the motto of the 2008 Worldwide ANSYS Conferences comes up in our minds: Inspiring Engineering.

We are confident that our attendees that we are delighted to welcome to Venice and Trieste will be inspired about the technical programs, the discussions, the social evenings and the venues we have chosen.

It was inspiration for excellence in engineering and for making investments for the future of CAE and Virtual Prototyping that has guided us to include the topics of Education and Knowledge Transfer into the conference agendas. We want to pass on and share our inspiration for engineering, computational science and computing technologies with the next generation of engineers. The EnginSoft Training & Recruitment Initiative offers unique opportunities for interdisciplinary education in simulation to young people with inspiration for engineering!

Additional info on 2008 Conferences: • Conference Guides for each of the events will be handed out to the attendees at the Welcome Desks.

The Guides provide a variety of useful information, such as conference programs, exhibitor lists, logistic details and more.

• Electronic Conference Proceedings will be available, also for those who could not participate ! We encourage anybody who was not on-site, but would like to have insights into the range of worldclass technical presentations, to contact EnginSoft and/or Esteco to receive a free copy of the Proceedings!

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Dedicated web sites: http://tcncae08.consorziotcn.it http://meeting2008.enginsoft.it http://www.ansys.com/itconference2008 http://um08.esteco.it/

SPONSORS

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

Optimization of an automotive door panel acting on injection molding process parameters Ottimizzazione di un pannello per porta d’automobile agendo sul processo di stampaggio a iniezione Il caso studio in oggetto si riferisce all’analisi del processo di stampaggio a iniezione e della progettazione dello stampo del pannello della Grande Punto.

La configurazione iniziale dello stampo è stata fornita da Johnson Control Italy (JCI), che ha preso parte a questo lavoro.

Dati la geometria del pannello, il materiale, le caratteristiche della macchina e la procedura di stampaggio,

Fig. 1 – Door Panel model

ambizioso progetto sono stati Moldflow MPI, con cui è stato costruito il modello

Fig. 2 – The optimization process, automated by modeFRONTIER

ed elaborati i parametri del processo di stampaggio a iniezione, e modeFRONTIER, con cui sono stati controllati e processati i parametri e gli obiettivi dell’ottimizzazione. In una fase successiva si è proceduto all’integrazione di Moldflow MPI con la strategia di ottimizzazione, così da ricercare la miglior combinazione tra i parametri iniziali che soddisfacesse le condizioni date. I risultati, visualizzati ed analizzati con gli strumenti di postprocessing disponibili in modeFRONTIER, hanno fornito utili indicazioni: con soli 44 tentativi, e l’integrazione di Moldflow/modeFRONTIER (ed in particolare grazie all’efficienza dell’algoritmo MOGT) è stato possibile ridurre, contemporaneamente, la forza di chiusura del 30% ed la deformazione del 29%.

The challenge The present work refers to the study of an injection molding process and the mold design of a door panel (front medallion – 3 doors car) from the Fiat

sono stati fissati degli obiettivi qualitativi da raggiungere rispettando alcuni vincoli operativi. Come spesso accade per problemi ingegneristici, anche questa sfida si è prefissa di ottenere contemporaneamente miglioramenti e performance tra loro in conflitto, riducendo al contempo i costi di produzione.

Gli strumenti utilizzati per questo

Fig. 3 – Mesh of the model

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MPI by using a midplane model, including about 37.000 triangular elements. The hot runner system has been defined by beam elements. The mesh of the panel and of the hot runners is shown in fig. 3. Mesh diagnostics commands have been used to detect and fix model errors, such as high aspect ratio or overlapping elements.

JCI provided indications on the characteristics of the injection molding machine: an important aspect to be considered is that the clamp force value for this part should be under 1350 tons. A few preliminary Moldflow

Fig. 4 – Typical packing profile

Grande Punto 199 Project. The initial mold design is from Johnson Control Italy (JCI), which co-operated to realize this work. The door panel geometry is shown in fig. 1: its dimensions in the XY plane are approximately 1050 mm (width) and 550 mm (height), and it is injected by a hot runner system. The used injection molding machine is a “tandem” machine, capable of injecting two molds at the same time. In the present case, the right and left panel are injected by the same machine. The material used for this part is a Polypropylene with 10% mineral filler.

The goal is to increase part quality while respecting some manufacturing constraints.

To achieve these objectives, output values, such as Zaxis deformation (warpage), material flow pattern and weld line positions, have to be improved. Simultaneously, the clamp force should be reduced in order to cut the cost of the process.

This scenario represents a typical challenge in engineering, with various and often conflicting objectives.

Fig. 5 – Position and number of valve gates

The tools available to achieve the given objectives are Moldflow MPI for the injection molding simulations, and modeFRONTIER for the automation of the multi-objective optimization, and as data post-processor.

The Moldflow MPI model and the process assumptions The part has been modeled in Moldflow

Fig. 6 – Desired position for the last point to fill.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

Fig. 7 – modeFRONTIER optimization workflow (with under development version of the Moldflow MPI node, updated at the present paper first release).

MPI analyses clarified that it is extremely difficult to respect such clamp force limits when using only three injection points for the mold.

This is mainly due to the relatively long flow lengths within the part when using only 3 gates: hence the maximum pressure, and particularly the clamp force, are too high for the considered machine. Therefore, the number of injection points has been set to a constant value of five in the subsequent optimization, even though it is possible to consider the number of injection points as a variable within a modeFRONTIER project.

The thickness of the part is approximately constant around 2.8 mm: such a value was obtained by the customer itself as a good compromise between cost, structural and processing needs. For this reason, thickness has not been included as a free parameter to be investigated, even though it would be possible within a modeFRONTIER optimization.

Optimization parameters Among all the process parameters controlling part quality and clamp force, 8 have been selected as the most sensitive ones, and subsequently set up as “input variables” in the modeFRONTIER optimization workflow linked to the Moldflow MPI model.

The packing profile has been parameterized giving modeFRONTIER the opportunity to control the packing pressure, packing time (time during

which constant packing pressure is applied) and decay time (time from packing pressure to zero pressure). A typical packing profile is shown in fig.

4.

This is important not only with respect to the clamp force, but also in order to control the warpage of the part.

JCI recommended to use a packing pressure of about 25 – 35 MPa for this material. To better study the influence of packing pressure on design objectives, packing pressure values between 20 and 50 MPa have been considered.

The total cycle time has been determined after a few introductive analyses, taking into account the characteristics of the injection molding machine: its value is around 45s, including approximately 14s of mold opening time. Since the order of magnitude of the filling time is about 5s, as found out after some preliminary analyses, about 26s are consequently available for the packing and the cooling of the part.

Considering also other characteristics of the process (such as re-dosing time), it has been decided to investigate the influence of the total packing time on the design objectives (in particular with the aim to achieve warpage reduction), by assigning two independent input variables to the packing time and the decay time, both can span from 0 to 20s, without exceeding a maximum of 20s together.

This is possible in the modeFRONTIER workflow by assigning a constraint to the sum of the independent variables.

In this case, the positions of the injection points (see fig. 5) could not be changed significantly, due to customer requests and constraints related to the mold and part geometry.

Instead, it was possible to use hot runners with valve gate control, and hence search for the optimal valve gates’ opening times. Considering that in general, it is not convenient that a single valve gate opens before the flow front reaches the valve itself (to avoid weld line forming) and that injection starts from gate1, the delayed opening times of valve gates number 2-5 were controlled by modeFRONTIER as independent input variables. This allowed the optimizer to control the flow pattern and the balance of fill without changing the injection gates’ positions.

Delay time ranges for gates 2 and 3 were set to 0-2s, the ones for gates 4 and 5 to 0-1.5s.

Moreover, the melt temperature has been considered as an input variable, because of its influence on flow pattern, clamp force (melt temperature influences viscosity of material and hence injection pressure and clamp force during filling) and warpage of the part. The melt temperature has been set free to vary between 220 and 260°C. Mold temperature has been set as a constant of 40°C, since all the preliminary analyses proved that any change of mold temperature in the material’s recommended range had only secondary effects on the results of interest, with respect to the other variables.

Optimization objectives In order to describe and control the part quality, besides warpage minimization, another important parameter to consider is a proper filling pattern. Controlling flow pattern and positioning weld lines in the least sensitive areas are important design objectives which allow to obtain good quality parts. In the present case, it

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has been agreed with the customer to control the position of the last zone to fill: it is important to note that this part (where a weld line is likely to form) is located in an hidden area of the medallion after having been assembled into the whole door structure. The zone recommended by the customer is shown in fig. 6:

shots in the most serious cases. In the modeFRONTIER project, a constraint has been assigned to the minimum flow front temperature result: if more than 10°C lower than melt temperature, the solution is going to be penalized within the optimization loop.

Within modeFRONTIER it is possible to extract from any Moldflow MPI analysis the position of the last-filled-point,

In summary, the following 8 independent input variables have been set:

Fig. 8 – Initial design and selected optimal solution within the two main objectives’ space.

and to assign as objective the minimization of the distance of such node from the wanted zone.

Another important result from the Moldflow MPI analyses is the flow front temperature which provides important indications on the quality of the part.

A big difference between minimum flow front temperature and melt temperature can lead to bad quality weld lines, flux hesitations and short

• • • •

packing pressure; packing time and decay time; melt temperature; delay times for valve gates 2-5;

while the 3 objectives to be pursued simultaneously by the multi-objective optimizer have been: • minimize the clamp force in Z direction (mold open direction); • minimize the difference between maximum and minimum value of

Tab. 1 – Comparison between the initial design and the selected optimal solution, as input variable values and as objective improvements.

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out-of-plane (Z direction) deformation; • minimize the distance of the last filled node from the desired zone.

Additionally, a constraint has been set to the difference between minimum flow front temperature and melt temperature; some small bosses with low thickness, present in the part, were not included in this verification.

The representation of the whole optimization process is the modeFRONTIER workflow depicted in fig. 7.

Integration of Moldflow MPI and optimization strategy After the creation of the workflow of fig. 7, modeFRONTIER is ready to search for the best combination of input parameters, building and driving automatically several Moldflow MPI studies towards the optimum.

In particular, the link between the Moldflow MPI project and modeFRONTIER has been managed via Moldflow’s API, and hence without any ASCII file creation. In this way, it is possible to let modeFRONTIER control as input parameters - virtually any process parameter defined in the Moldflow study, as well as other entities, such as gate numbers and positions, shape and thickness of some parts, eventually linking any external CAD system. The multi-disciplinary nature of modeFRONTIER allows the user to set up mixed optimizations, connecting to the process simulation also other analyses, such as fiber orientations, FEM analyses, and so on thus linking in other commercial CAE tools or in-house codes in the same optimization loop.

Despite of the fact that the optimization described here, only involves process parameters, the space of the possible solutions combining the 8 defined parameters is wide, actually in the range of 1016 different responses. Therefore, due to a time constraint of one weekend on a single processor machine as total optimization time, a very efficient

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Fig. 9 – Initial design (left) and selected optimal solution (right), Z axis deflection

Fig.10 – Initial design (left) and selected optimal solution (right), clamp force

the variables to be optimized from one player to another, dynamically during the progress of the optimization, and accordingly to the statistical influence analysis of each variable.

The result is a robust stochastic algorithm able to approach the Pareto Frontier (the whole set of nondominated solutions of multi-objective problems) within a few attempts which is extremely useful for engineering problems with a limited solution time.

In the described project, a maximum number of Moldflow studies of about 60 was available by leaving the solver to work automatically, driven by modeFRONTIER’s MOGT, all over a weekend using a single processor workstation.

Optimization results The results obtained by the MOGT algorithm have been visualized by applying the modeFRONTIER post processing charts. With regard to the two main objectives, the minimization of warpage and clamp force, the scatter chart shown in Fig. 8 has been particularly useful. It represents each of the Moldflow study results by means of a marker. Each green bubble shown

Fig. 11 – Initial design (left) and selected optimal solution (right), filling time plot

optimization stochastic algorithm, available in modeFRONTIER, has been chosen.

This algorithm, named MOGT (MultiObjective-Game-Theory), is based on the work of John Nash on the game theory. In a competitive game, there may be several conflicting objectives to be achieved. Each player can optimize a certain variable subset assigned to him/her with respect to the unique objective, using a fast mono-objective strategy. In any case, all the variables that are not under his/her own control, are the result of a

previous optimization step carried out by all the other players. Hence, they obviously influence his/her search.

The solution is an equilibrium point that occurs when the choices of the two players do not change in the following steps. This choice represents the best compromise for the objectives: it is a unique solution, however, this solution depends on the way the variables’ space has been split among the players.

For this reason, the modeFRONTIER’s MOGT implements an adaptive mechanism that allows to redistribute

Fig. 12 – Correlation indexes for each input parameter (lines) over the two main objectives (columns), modeFRONTIER’s correlation matrix.

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shows that decreasing this last factor has not a huge but still a negative effect on the warpage (-0.22 correlation). The reduction of the warpage is widely controlled by the packing time (increasing is beneficial) and by the gates’ delay times.

The melt temperature, within the assigned variation limits, appears not to be a primary factor with regard to both the objectives.

Fig. 13 – Interaction effects on the warpage of the two factors “melt temperature” and “packing pressure”, modeFRONTIER interaction chart

is a solution respecting assigned constraints on total packing time and minimum flow front temperature, while a yellow marker does not.

The green dotted line groups the most interesting solutions. In particular, number 44 was selected as the most interesting compromise between the two main objectives.

Table 1 illustrates the comparison between the initial solution and the optimized one. As shown right, the improvements were considerable and simultaneously obtained with respect to all the three objectives. On the left, we can see the peculiar parameters’ combination which guarantees such results. Packing pressure has been reduced (beneficial in reducing clamp force) with respect to the initial design, but not abated to the minimum allowed in the defined range. In the same way, the total packing time has been increased but not up to the maximum allowed, testifying again the conflicting nature of the objectives. A peculiar combination of delay times for the controlled gates has been detected. This is to control the flow pattern with respect to the flow front temperature, pressure and deflection.

Fig.9 shows the improvements obtained with the warpage behavior of the part, mainly due to deformation reduction in the highlighted critical zones. Fig.10 compares the clamp force

history of the initial and optimized process: a reduction of the peak value is clear.

Fig.11 shows how the last-filled zone (grey cells) has been moved towards the ideal orange box defined for aesthetic reasons.

Parameter sensitivity analyses and optimization data post processing After an optimization process, the visualization and exploitation of all the collected data represents a key issue.

For example, a major topic is detecting sensitivities, main effects and interactions of the various parameters on the major outputs/objectives. modeFRONTIER offers several powerful tools to meet these challenges.

In particular, the plot in fig. 12 shows the result of a correlation analysis over a reduced factorial Design of Experiment plan performed as part of the same study described in the previous chapters. Correlation indexes are normalized between 1 (perfect positive correlation) and –1 (perfect negative correlation). Therefore, if an input parameter has an absolute index value close to 0 regarding a particular output, it means that its first-order influence on the same is quite negligible, as it follows from the correlation definition: While the clamp force is dominated by the packing pressure value, the chart

Interactions analysis can also be performed. In this case, the response is a rather strong interaction between melt temperature and packing pressure (see fig. 12), which from fig. 11 seem to be the least effective parameters over the warpage itself, if varied separately.

In fact, the interaction chart highlights how a simultaneous increase of melt temperature amplifies the effect of a simultaneous increase of packing pressure in terms of reduction of warpage. modeFRONTIER provides many other modules, that allow the designer to take decisions and find satisfactory tradeoffs between several objectives, but also tools to cluster and group multi-dimensional data, to perform robust design analyses, and to speed up the optimization campaigns integrating meta-modelling techniques (Response Surfaces).

Conclusions Moldflow MPI and modeFRONTIER have been coupled in a multi-objective optimization. Thanks to the efficient MOGT algorithm, the initial design has been improved, with only 44 attempts (Moldflow calculations) reducing clamp force by 30% and warpage by 29% simultaneously. modeFRONTIER couples easily Moldflow MPI with any CAD, FEM or other inhouse CAE software to drive the process and/or product design towards a multicriteria optimal solution.

Luca Fuligno, Maurizio Facchinetti, Sergio Sarti - EnginSoft S.p.A. Andrea Piussi - Esteco srl Alastair Tweedie, Pierluigi Colombo – Johnson Controls Inc.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

Il fenomeno del Flutter per Ponti di Grande Luce: uno studio numerico The flatter phenomenon on longspan suspended bridges: a numerical study The present work aims at analysing the flutter phenomenon on long-span guyed and suspended bridges, due to the action of the wind. This study has been carried out through the weak

Figura 5 - Rappresentazione a mappe di colore per la pressione totale e la norma della velocità - Angolo di attacco pari a -16°.

Figura 1 - Configurazione di maglia per flusso parallelo alla direzione globale X.

Figura 2 - Prima configurazione di maglia per flusso relativo ad angoli di attacco variabili.

Figura 6 - Rappresentazione a mappe di colore per la pressione totale e la norma della velocità - Angolo di attacco pari a -4°.

Figura 3 - Seconda configurazione di maglia per flusso relativo ad angoli di attacco variabili.

Figura 7 - Vettori di velocità in prossimità della parete di impalcato e nella zona di spigolo con flusso incidente.

Figura 4 - Terza configurazione di maglia per flusso relativo ad angoli di attacco variabili.

coupling of structural and fluiddynamic behaviour. The “Great-Belt East Bridge” (Denmark) has been used as reference point for the construction of the finite element model, since all necessary information about its dynamic and aeroelastic behaviour can be extracted from its rich

bibliography. The main steps of this articulated analyses are presented in this article, based on the following phases: the investigation of the fluiddynamic behaviour of the deck transversal section though numerical simulation; the determination of the instability critical velocity due to

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flatter and the frequency analysis of the system; the creation of a three dimensional model for a suspended bridge (with known characteristics and configuration) using beam elements; the estimation of the critical velocity due to flutter for the suspended bridge considering also geometrical non-linearity effects.

The use on ANSYS ICEM CFD 11.0 has allowed to carry out several simulations to investigate the parameters’ effects on the final results.

Figura 8 - Andamento del coefficiente di Drag.

Figura 9 - Andamento del coefficiente di Lift.

Figura 10 - Andamento dei coefficiente di momento Cm al variare del polo i punti notevoli della sezione di impalcato.

Scopo del lavoro Il presente approfondimento tratta il fenomeno di instabilità da flutter causato dall’azione del vento su ponti strallati e sospesi di grande luce.

L’analisi è stata svolta con l’approssimazione di accoppiamento debole tra comportamento strutturale e fluidodinamico e si è articolata nei seguenti punti: a. Studio del comportamento fluidodinamico della sezione trasversale dell’impalcato per differenti angoli di attacco, mediante simulazione numerica. b. Determinazione delle velocità critica di instabilità da flutter attraverso un modello piano di comportamento che risolve le equazioni del moto della sezione soggetta al carico da vento con logica al passo. c. Analisi in frequenza del sistema a 2 d.o.f debolmente accoppiato al fine di stimare la velocità critica di flutter. d. Creazione di un modello tridimensionale ad elementi Beam per un ponte sospeso di configurazione e caratteristiche note. e. Stima della velocità critica da flutter per il modello ad elementi finiti del ponte sospeso con inclu-

Figura 11 - Modello a 2 g.d.l. per la sezione del ponte “Grealt-Belt”.

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accordo con l’ipotesi di incomprimibilità. Tramite la variazione parametrica della velocità indisturbata, la variazione dell’angolo di attacco è stata analizzata tramite la sola variazione delle condizioni al contorno, lasciando inalterata la mesh del dominio fluido. Per ciascuna delle configurazioni di maglia precedentemente esposte, sono state condotte 20 analisi separate ad intervalli di 2°, partendo da un valore iniziale di -20° e finale pari a 20°.

Le figure 5 e 6 illustrano alcuni risultati in termini sia di pressioni totali che di campo di moto.

Figura 12 - Andamento temporale della traslazione verticale - Rapporto di smorzamento 1%.

La figura 7 illustra il campo vettoriale delle velocità in prossimità della parete di impalcato; si nota l’andamento logaritmico tipo dello strato limite laminare. Viene inoltre visualizzato il campo di velocità in prossimità dello spigolo di incidenza della vena fluida.

I grafici in figura 8 e 9 illustrano gli andamenti dei coefficienti aerodinamici ottenuti in funzione dell’angolo di attacco.

Figura 13 - Andamento temporale della rotazione - Rapporto di smorzamento 1%.

sione degli effetti di non linearità geometrica.

L’opera strutturale scelta come riferimento per la creazione del modello ad elementi finiti di un ponte sospeso e relativa analisi di stabilità è stato il “Great-Belt East Bridge” sito in Danimarca ed avente una luce centrale pari a 1924 m. Per tale struttura è a disposizione una vasta bibliografia relativa al comportamento dinamico ed aeroelastico.

Studio fluidodimanico delle forze da vento sull’impalcato Nel presente studio sono state condotte diverse simulazioni al fine di investigare l’effetto dei differenti parametri di maglia sul valore finale

delle forze aerodinamiche agenti sulla sezione trasversale.

Il software utilizzato per la costruzione delle maglie è stato ANSYS ICEM CFD 11.0.

Si noti come tutte le mesh utilizzate abbiano una dimensione della mesh di parete tale da permettere la risoluzione dello strato limite laminare, necessaria per l’utilizzo di un modello di turbolenza di tipo k-ω.

Le figure 1, 2, 3, 4 illustrano alcune delle configurazioni di maglia utilizzate.

La simulazione fluidodinamica viene svolta in condizioni di regime; i numeri di Reynolds che interessano il fenomeno oggetto di studio, sono in

La figura 10 illustra l’andamento del coefficiente aerodinamico di momento relativo alla simulazione numerica ed ai risultati sperimentali. Sono stati riportati gli andamenti relativi a tutti i poli notevoli della sezione dell’impalcato.

Calcolo della velocità critica di flutter con modello a 2 g.d.l.

L’implementazione di un programma in Delphi ha consentito di risolvere il sistema di equazioni differenziali del moto di un sistema a 2 g.d.l. tramite il metodo di Newmark. Si noti che la non linearità della forzante è integrata esattamente e quindi alcun procedimento di linearizzazione (a parte quella della rigidezza verticale e rotazionale costante dell’impalcato) è stato effettuato.

La figura 11 illustra una schematizzazione grafica della trattazione del

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Figura 16 - Vista complessiva del modello globale unifilare per il "Great Belt East Bridge".

problema di instabilità da flutter tramite modello a 2 g.d.l.

Figura 14 - Andamento delle frequenze fondamentali al variare della velocità del vento incidente – Caso non smorzato.

Le figure 12 e 13 illustrano l’andamento degli spostamenti verticale e delle rotazioni per una velocità incidente del vento pari a 50 m/s. Si nota chiaramente l’andamento divergente del moto.

Soluzione linearizzata in frequenza per la stima della velocità di flutter Un approccio alternativo per il calcolo della velocità di flutter a partire dalle caratteristiche aeroelastiche della sezione dell’impalcato risulta essere quello in frequenza.

All’aumentare della velocità della vena fluida incidente si nota la diminuzione della frequenza propria rotazionale fino al raggiungimento della sincronizzazione.

Figura 15 - Andamento delle frequenze fondamentali al variare della velocità del vento incidente – Smorzamento 1%.

I grafici in figura 14 e 15 illustrano il comportamento del sistema dinamico allo studio in assenza di smorzamento, ovvero con uno smorzamento pari all’1%.

Figura 17 - Andamento della velocità del vento in ingresso.

Analisi della risposta tridimensionale aeroelastica del ponte sospeso Il presente studio si conclude con l’approfondimento del comportamento aeroelastico di un ponte sospeso reale caratterizzato da un modello unifilare tridimensionale. Tale modello simula la presenza dei seguenti componenti strutturali: • Impalcato a cassone metallico monocellulare a piastra ortotropa con diaframmi interni.

• Piloni a telaio in calcestruzzo armato.

• Funi principali di sospensione centrali.

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• Elementi verticali di appensione.

• Elementi infinitamente rigidi di collegamento tra gli elementi principali.

La figura 16 illustra una vista del modello globale del ponte sospeso oggetto di studio.

Uno smorzamento di circa l’1% è stato inserito con modalità alla Rayleigh; la simulazione viene condotta nel dinamico transitorio non lineare con inclusione degli effetti della configurazione geometrica spostata.

La figura 17 illustra il profilo della velocità in ingresso, con valore a regime pari a 90 m/s.

Figura 18 - Andamento dello spostamento laterale di impalcato nella sezione centrale del ponte.

Le figure 18, 19 e 20 illustrano gli spostamenti laterali, verticali e rotazionali del ponte durante l’analisi condotta.

Francisco Garcia Lorente, Università di Siviglia Alberto Lovison, Università di Padova, ESTECO Daniele Schiavazzi, EnginSoft S.p.A. Figura 19 - Andamento dello spostamento verticale di impalcato nella sezione centrale del ponte.

"L’articolo è tratto da un lavoro di tesi compiuto dallo studente Francisco Garcia Lorente della Università di Siviglia, nell’ambito di un progetto di tirocinio formativo presso la sede di Padova di Enginsoft s.p.a. Si ringraziano Alberto Lovison di Esteco per la stima lineare in frequenza della velocità di flutter e l’ufficio di Bergamo di Enginsoft s.p.a. per i preziosi consigli sullo svolgimento delle analisi fluidodinamiche".

Figura 20 - Andamento della rotazione di impalcato nella sezione centrale del ponte.

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Software to Meet the Toughest Challenges in Design of Composite Structures America’s Cup yachts and Formula 1 cars represent the ultimate challenge in computer aided engineering (CAE) of composite structures to achieve top performance – required stiffness and strength with minimum weight, or even tailored deformation of the aerodynamic structure with varying speed. The widely known finite element (FE) codes like ABAQUS, ANSYS and NASTRAN play an important role in determining the structural response for such structures.

But when dealing with composite materials there is extra complexity in the modeling and analysis that requires special tools.

Two CAE software packages that have been successfully used in the abovementioned high-end applications are ESAComp by Componeering Inc., Finland, and ComPoLyX by EVEN – Evolutionary Engineering AG, Switzerland. Lately the two companies have decided to merge their products to form a powerful software suite for composite design.

ESAComp has its roots in the aerospace field. The European Space Agency, ESA, initiated its development in the early 1990’s. Today ESAComp is a standard tool in the European aerospace industries and it is increasingly used in “down to earth” applications in the marine, automotive and wind energy industries and in

ComPoLyX and ESAComp were used in the design of United Internet Team Germany’s yacht for America’s Cup 2007. (Photo © EVEN – Evolutionary Engineering AG)

general machine building.

ESAComp focuses on material and laminate level studies and preliminary design that is performed prior to FE analysis of the complete structure. It has also analysis capabilities for specific structural elements such as bonded and mechanical joints and tools for special considerations like stochastic analysis.

ComPoLyX is a new product A front wing of a Formula 1 car is shown in the powerful emerging from the ComPoLyX graphical user interface with OpenGL visualization and model tree. experiences that the EVEN AG post processing of FEA results from team has gained being involved with ABAQUS, ANSYS and NASTRAN. ESAComp both America’s Cup and Formula 1 racing. supports the same FE packages with its Post processing of FEA results for export interface. Thus, ESAComp and composite structures is a non-trivial job.

ComPoLyX complement each other The standard FE tools have deficiencies perfectly and fill in the missing pieces in in their capabilities for handling various the puzzle of composite simulation. composite failure modes whereas Currently ESAComp and ComPoLyX are ComPoLyX applies the advanced failure standalone software with data exchange theories available for practical capability, but tighter integration has engineering work. With ComPoLyX it is already been planned. ComPoLyX is even possible to consider normal stresses distributed as part of the ESAComp in the laminate thickness direction based software suite through the worldwide on a standard shell model where these distribution network for ESAComp. components are ignored. ComPoLyX puts also emphasis on the visualization of results in a meaningful way and thus For more information: helps the engineer in the assessment of Marco Perillo - EnginSoft results. However, in the post processing info@enginsoft.it of large models the biggest advantage of ComPoLyX may come from its Additional information: computational performance that is www.esacomp.com achieved with the unique internal data structure. With standard tools, post processing of composite results on the layer level can take much longer than solving the model for global displacements. Considering the need for numerous design iterations or even automated optimization, post processing can become the real bottleneck in the process. The new ESAComp 4.0 version with its database browser provides ComPoLyX can be used for an efficient environment for conducting design studies.

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La sperimentazione virtuale nell’ingegneria navale in Victory Design Virtual Prototyping applied to naval engineering in Victory Design Victory Design, Italian leader in the design and production of race, pleasure and commercial boats and nautical components, relies on virtual prototyping for the design and optimization of its products, and in particular of hulls and propellant systems. This article refers to the analyses and simulations carried out to improve configurations and performances of the FLEXITAB flap and of its innovative semisubmerged propeller. The integrated use of different ANSYS modules has allowed to achieve satisfactory results, providing also interesting indications for a further development of the models, optimizing production time and costs.

Victory Design nasce dalla passione per il mare, la tecnologia e la ricerca di Brunello Acampora nel 1989. I primi progetti nelle competizioni rappresentano un eccellente banco di prova per testare strumenti che vengono in seguito utilizzati nelle barche da diporto.

Oggi Victory Design è un punto di riferimento della nautica italiana. Una struttura con un approccio multidisciplinare e differente da quello della maggior parte degli ‘architetti nautici’: Victory infatti progetta barche da competizione, da diporto e commerciali, sia mono che multiscafi, in vetroresina, composito e leghe metalliche, senza trascurare le appendici, i timoni, le carene,i sistemi propulsivi, i componenti e svariati accessori nautici coperti da brevetti internazionali.

CFD IN VICTORY DESIGN A partire dal 2006 Victory Design ha deciso di intraprendere la strada della simulazione virtuale applicata alla progettazione e all’ottimizzazione di appendici di carena e di sistemi propulsivi. L’obiettivo è quello di ottenere previsioni affidabili sulle prestazioni di

oggetti che lavorano in condizioni “semisommerse” e quindi sottoposti ad una non trascurabile interazione con la superficie libera dell’acqua.

Nasce quindi la necessità di simulare, in maniera affidabile, campi di moto multifase caratterizzati dalla presenza simultanea di fluidi in fase diversa.

FLEXITAB A valle di una serie di simulazioni, relative ad appendici di carena dalle note prestazioni e caratteristiche, destinate alla presa di coscienza delle effettive potenzialità del software e alla ricerca dei migliori settaggi e dei modelli matematici da impiegare, sono state effettuate diverse prove sul rivoluzionario flap FLEXITAB, di cui Victory Design detiene il brevetto, allo scopo di incrementarne ulteriormente le prestazioni e di fornire le giuste distribuzioni dei carichi ai fini del dimensionamento strutturale.

Il flap FLEXITAB realizzato in uno speciale materiale composito risulta essere completamente incastrato e, quando viene azionato da un cilindro oleodinamico, flette strutturalmente, come avviene in aria per le pale di un elicottero e per le ali degli aerei.

Il profilo della pala risulta idrodinamicamente avviato e per que- Flexitab

sto più efficiente di un flap convenzionale (rotante intorno ad una cerniera sul bordo d’attacco) poiché, a parità di un aumento della spinta verticale, non corrisponde un altrettanto aumento della resistenza.

Nelle simulazioni numeriche effettuate con ANSYS CFX, il flap è stato installato su una carena laboratorio “virtuale” in assetto di crociera e sono state studiate le distribuzioni di pressione nelle configurazioni critiche.

Una serie di prove sono state effettuate prendendo in considerazione la configurazione del flap alla massima incidenza e le simulazioni sono state impostate utilizzando e settando in maniera accurata i modelli matematici per campi di moto multifase. La geometria, opportunamente modellata e semplifica-

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Modello CAD

ta, e le mesh a maglie esaedriche sono state sviluppate con il software ANSYS ICEM. I risultati ottenuti sono stati il frutto di numerose simulazioni durante le quali sono stati affinate le scelte in termini di parametri e modelli matematici in grado di garantire la migliore convergenza dei calcoli senza, peraltro, condizionare la soluzione stessa.

Simultaneamente sono stati effettuati approfonditi studi destinati al dimensionamento della mesh e del dominio di calcolo con lo scopo di svincolare la soluzione ottenuta dall’influenza di queste ultime.

I risultati ottenuti permettono di conoscere in maniera accurata le prestazioni del flap in termini di prestazioni, e quindi di effetti sull’assetto della carena alle varie velocità di esercizio, ma anche in termini di distribuzione di pressioni utili per un dimensionamento più accurato della pala offrendo quindi la possibilità di ridurre pesi e costi. I risultati ottenuti numericamente, oltre a confermare la netta superiorità del sistema Flexitab comparato con i flaps a cerniera tradizionali, si sono allineati perfettamente con i valori riscontrati sperimentalmente su imbarcazioni naviganti.

ELICA SEMISOMMERSA Applicazioni del software ancor più spinte hanno riguardato lo studio delle prestazioni di un modello innovativo di elica semisommersa, progettata per Flexitab da Renato ‘Sonny’ Levi e collaudata sperimentalmente sulle trasmissioni Flexidrive.

Distribuzione di pressione

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Fexidrive POWER 2000

le distribuzioni di pressioni, quindi di Scopo di queste simulazioni è stato affrontare problematiche quali la caviquello di confrontare i risultati numeritazione, e di intervenire ancora in fase ci con quelli sperimentali ottenuti in progettuale direttamente sul modello vasca navale con un modello in scala di virtuale ottimizzando i tempi realizzaelica a 5 pale. zione del reale sistema propulsivo.

La maggiore difficoltà di questo tipo di simulazione è legata alla necessità di C. Cannavacciuolo - Victory Design modellare, insieme ad un campo di moM. Galbiati, L. Brugali, F. Damiani to multifase, un dominio rotante neEnginSoft cessario per la simulazione del moto dell’elica.

Parte del lavoro è stata dedicata alla modellazione della mesh computazionale e soprattutto al dimensionamento del dominio di calcolo destinato a simulare la parte statica del volume intorno all’oggetto rotante.

L’impostazione della simulazione è stata il frutto di approfondite ricerche dei settaggi più appropriati e i problemi di divergenza di calcolo sono stati superati attraverso l’introduzione di opportune UDF (User Defined Functions) attraverso le quali sono state definite le leggi di evoluzione del moto dell’elica e Simulazione elica del moto di traslazione della corrente fluida.

I risultati ottenuti, a valle di simulazioni che hanno richiesto importanti risorse hardware e di tempo, hanno fornito risultati più che incoraggianti con scarti, rispetto ai dati sperimentali, piuttosto contenuti.

Malgrado siano ancora in sviluppo interventi destinati all’affinamento delle simulazioni numeriche, i risultati danno fin da ora la possibilità di apprezzare Mesh elica

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Piastra Raffredata da Microfori: Funzionamento e Tracciamento di Particelle Microdrilled cooling plate: Particles operating and tracing The constant evolution of aircraft engines has achieved better performances through the use of gases with higher temperature. At the same time these improvements have implied an increasing risk of overheating that requires the investigation of new cooling methods.

An efficient technique is the one inspired by the transpiration cooling system that can be used to cool the turbine walls and blades.

This article presents, in particular, the problem premises, the construction of the model and the associated CFD analyses and results. In this case the principle of the transpiration cooling is applied by means of a microdrilled surface (instead of a porous material) with a coolant. The main problem, apart from the production of such surface, is to keep it efficiently working, avoiding the holes to be occluded by polluting particles. The simulation of the particles trajectories and deposits and the CFD analyses of the microdrilled surface functioning have provided interesting results: different holes imply different cooling characteristics and convergentdivergent nozzle holes offer overall better cooling conditions.

IL PROBLEMA La continua evoluzione dei motori in campo aeronautico sta contribuendo sempre più ad aumentarne le prestazioni e migliorarne l’efficienza. Molti vantaggi si ottengono attraverso l’utilizzo di più alte temperature dei gas.

Le pareti e le pale della turbina investite direttamente da tali gas possono avere problemi importanti di surriscaldamento e diventa quindi necessario investigare nuovi metodi di raffreddamento. Una tecnica che risulta molto efficiente è quella di utilizzare il raffreddamento per traspirazione (“transpiration cooling”) che consiste nell’impiego di materiali porosi attraverso cui far passare un fluido a bassa temperatura per raffreddare una parete investita da gas caldi.

Attualmente l’impiego di materiali porosi non è però ancora applicabile per la realizzazione di parti della turbina ma il principio del raffreddamento per traspirazione può essere comunque applicato attraverso l’uso di superfici microforate. Uno dei problemi base di cui soffrono tutti questi sistemi, oltre alla fabbricazione, è

cludere i microfori o le porosità del materiale. La simulazione delle traiettorie del particolato e dei possibili luoghi di deposito aiuta a valutare queste problematiche. quello del mantenimento di una sufficiente efficienza lungo tutto l’arco di esercizio del componente, in un ambiente dove sono presenti vari tipi di inquinanti, generalmente sotto forma di particolato che tende a depositarsi sulle pareti solide e ad oc-

IL MODELLO È stato investigato con analisi CFD il funzionamento di una superficie microforata per determinare le caratteristiche del raffreddamento sulla parete. Il dominio (ridotto) investigato

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è interessato da due flussi: un flusso di aria fredda che da una regione inferiore passa attraverso i microfori ed entra in una regione superiore dove un flusso di aria calda investe la parete della superficie. Sono state prese in considerazione 2 diverse tipologie di microfori: cilindrici ed a forma di ugello convergente/divergente.

I diametri caratteristici sono minori del decimo di millimetro. L’analisi è stata fatta considerando la transizione tra moto laminare (all’interno dei fori) e moto turbolento (resto del do-

minio). Al modello è stato applicato anche il tracciamento lagrangiano di particelle nel range dei Pm10.

I RISULTATI L’analisi termofluidodinamica ha mostrato una diversa efficacia di raffred-

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damento della piastra utilizzando due tipologie di fori. I risultati evidenziano che all’interno dei fori esiste sempre un flusso di tipo laminare e, soprattutto, con i fori a forma di ugello convergente/divergente c’è meno penetrazione del fluido di raffreddamento all’interno della zona calda con conseguente miglior raffreddamento della parete.

Altro vantaggio della forma ad ugello è quello di avere un minor quantità di portata in massa che passa a parità di pressione totale imposta.

La presenza di particelle nella zona calda determina zone di accumulo a monte ed a valle dei microfori, mentre la presenza di particelle nella zona fredda determina possibili ostruzioni dei microfori.

Per ulteriori informazioni: Stefano Zecchi – AVIO Stefano.Zecchi@aviogroup.com Michele Andreoli - EnginSoft info@enginsoft.it

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Progetto STAR (Simulation Technology Aeronautic Research) STAR Project (Simulation Technology Aeronautic Research) STAR stands for a funded Research Project that EnginSoft’s branch office took on at the beginning of 2007, answering a call for proposal of Regione Puglia, to develop a new and innovative software technology, specifically oriented to the aerospace and aeronautics sectors.

The main objective has been therefore the development of an innovative simulation tool, able to overcome the actual design limits and to allow an integrated design and optimization of the associated processes and products.

The 18 months' project has led, as foreseen, to the creation of a

This project was structured in five design phases (management of geometrical information, production, heat treatments, surface treatments, welding and use) and in four transversal engineering processes (casting, carburizing, nitriding, welding). MAGMA tools were applied to the casting and solidification processes, as well as for the residual stress computation. ANSYS Workbench instead was used to carry out the structural analyses. The optimization procedure took advantage of the modeFRONTIER integrated environment, using some pre-set workflows.

The management and integration of every application, within a single data flow, required to solve several

Figura 1 – treni di processi implementati nella piattaforma STAR

technological platform to build and possibly implement (in the future) a virtual environment. The latter will support the design of an optimization of computation codes and processes for aerospace and aeronautical components.

The idea was to use virtual prototyping tools to manage, predict and optimize the real working performances of such technological components.

problems, most of them different according to the investigated process.

Interesting examples in such regard are described in this article, presenting specific research and ad-hoc solutions.

STAR also aimed at the strong consolidation of the software tool in the area (Regione Puglia) to foster better knowledge transfer to industrial research and product development. In

this context, the new EnginSoft Office could contribute significantly. Its location in the industrial area of Mesagne, enables the team to efficiently support engineering activities with its hardware equipment, to host training initiatives and thus to promote the industrial exploitation of the project.

All’inizio del 2006, la Regione Puglia diede l’avvio nell’ambito dei POR Puglia 2000-2006, alle procedure relative ai Programmi Integrati di Agevolazioni (PIA) - Progetti Integrati Territoriali, Area di Brindisi (PIT n. 7), il cui oggetto sono programmi di investimento finalizzati alla utilizzazione, tramite l’ampliamento della base produttiva (Misura 4.1 C), dei risultati derivanti da interventi di trasferimento tecnologico e/o da interventi nel campo della ricerca industriale e sviluppo precompetitivo (Misura 3.13). EnginSoft S.p.A., con la sua sede di Mesagne, ha raccolto l’input offerto dalla regione e ha prontamente aderito all’iniziativa, presentando il progetto STAR (Simulation Technology Aeronautic Research), il cui scopo è lo sviluppo per il settore aeronautico ed aerospaziale, di una innovativa tecnologia software in grado sia di superare i limiti che caratterizzano alcune fasi progettuali di questo settore, sia di consentire una progettazione integrata e un’ottimizzazione dei relativi processi e prodotti.

I lettori più attenti di questa newsletter sicuramente ricordano un articolo facente riferimento a questo progetto, nei termini sopra esposti, in un numero di circa un anno fa. A distanza di dodici mesi, il progetto è stato portato a termine e di seguito ne sono tratteggiati i punti fondamentali.

Il progetto STAR è consistito essenzialmente nella realizzazione di una piattaforma software che tramite la

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Figura 2 – schema generale per il flusso logico e il flusso di dati

modellizzazione virtuale di tutta la “design chain” (quindi anche dei processi produttivi e delle relative condizioni operative che precedono la messa in opera), fosse in grado di gestire, prevedere e quindi anche ottimizzare, le reali prestazioni in esercizio del prodotto tecnologico oggetto di studio. A tal scopo, la piattaforma STAR, il cui sviluppo si è esteso da gennaio 2007 ad agosto 2008, è stata strutturata in un ambiente unitario di progettazione virtuale, al cui interno sono stati implementati i codici di calcolo (sia esistenti sia creati ex novo), necessari per simulare ed ottimizzare le fasi progettuali associate ai tipici processi tecnologici del comparto aeronautico ed aerospaziale. Le fasi di cui sopra sono le seguenti: 1. Gestione informazioni geometriche – importazione CAD 2. Produzione • colata; 3. Trattamento termico • trattamenti termici massivi; • trattamento superficiale a. carbocementazione; b. nitrurazione; 4. Saldatura 5. Esercizio Trasversalmente alle fasi ora elencate, dal punto di vista ingegneristico i “treni” di processo che hanno significato dal punto di vista industriale sono quelli riportati in Figura 1, vale a dire: 1. colata 2. carbocementazione 3. nitrurazione 4. saldatura

Figura 3 – metodi gestione WorkBench – MAGMA

La denominazione utilizzata non è rappresentativa di tutti i fenomeni studiati nel flusso di processi preso in esame, ma serve a contraddistinguere il passaggio che lo differenzia dagli altri. In linea generale, essi prevedono l’import del CAD, il pre-processing del modello, la simulazione del processo e/o trattamento termico, l’export delle condizioni finali associate al processo e/o trattamento termico, ed infine l’analisi in condizioni di esercizio del sistema pre-caricato con le condizioni finali di cui sopra.

Ogni singolo treno di processi è stato inserito all’interno di un processo di ottimizzazione. Il comune flusso logico e flusso di dati che sovrintende ad ognuno di essi può essere schematizzato come in Figura 2 .

La famiglia di prodotti MAGMA è stata utilizzata allo scopo di gestire i processi di colata, solidificazione e

Figura 4 – sequenza panels (carbocementazione)

calcolo degli stress residui, mentre ANSYS WorkBench per le analisi strutturali. Il processo di diffusione del carbonio e dell’azoto presenti rispettivamente nella carbocementazione e nella nitrurazione, così come il processo di saldatura sono stati riprodotti tramite appositi modelli fenomenologici sviluppati ad hoc (per tali attività ci si è valsi anche della consulenza esterna dell’Università del Salento – Laboratorio di Scienza delle Costruzioni e Laboratorio di Metallurgia del Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione). La loro implementazione numerica è stata eseguita tramite macro e Commands di ANSYS in linguaggio APDL. L’ottimizzazione dei processi investigati è stata effettuata tramite la costruzione in ambiente modeFRONTIER di alcuni workflow pre-impostati che da una parte fossero in grado di gestire le variabili progettuali cosi come i

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Figura 5 – Modello Matematico Diffusione Carbonio (1 di 2)

Figura 6 – Modello Matematico Diffusione Carbonio (2 di 2)

diversi vincoli e/o obiettivi, dall’altra non richiedessero un intervento “esperto” dell’utente.

La gestione e l’integrazione di ogni singolo applicativo all’interno di un unico flusso di dati hanno comportato la soluzione di diverse problematiche, alcune delle quali sono: • scambio bi-direzionale dati codice FEM (ANSYS) - codice FEV (MAGMA) trasferimento delle informazioni puntuali (caratteristiche fisico-meccaniche e composizione) associate al modello 3D FEM al corrispettivo modello FEV; • gestione automatica (procedura batch) dei codici FEM e FEV, nonché del codice di ottimizzazione modeFRONTIER; • gestione automatica del codice FEM (ANSYS) nell’ottica di pilotare

le nuove routine per le simulazioni dei processi di carbocementazione, nitrurazione e saldatura; • automazione fasi di pre-processing implementazione in automatico di tutte le operazioni che sono indispensabili per la fase di pre-processing ma che allo stesso tempo non sono strettamente legate al modello analizzato; • costruzione di una interfaccia (GUI) “easy to use”.

Le soluzioni alle problematiche descritte non sono univoche. Ad esempio, nel caso del processo di carbocementazione (che è stato uno dei casi più complessi da affrontare), una possibile strategia era quella di implementare in ambiente ANSYS WorkBench le routine dedicate al pro-

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cesso di diffusione del carbonio, mentre in ambiente MAGMA la tempra con transizioni di fase e il calcolo delle proprietà meccaniche.

Per alcuni motivi legati sia all’efficienza computazionale del modello numerico complessivo, sia alla possibilità di eseguire in batch tutte le operazioni necessarie, all’approccio ora delineato ne è stato preferito uno in cui in ambiente ANSYS WorkBench sono stati implementati anche la tempra con transizioni di fase e il calcolo delle proprietà meccaniche, mentre in ambiente MAGMA si è effettuato il solo calcolo delle tensioni residue indotte dal processo. La contemporanea valutazione dei risultati delle due distinte analisi fornisce la previsione complessiva sul processo di carbocementazione.

La gestione in automatico (procedura batch) di ANSYS WorkBench e di MAGMA è stata effettuata con i metodi schematizzati in Figura 3.

A tal riguardo, il lancio di una simulazione MAGMA che non richiedesse l’utilizzo della sua interfaccia grafica ma che garantisse nel contempo la possibilità di modificare diversi parametri di configurazione della simulazione, si è rivelato essere uno dei task più complessi da risolvere, soprattutto perché non tutti i parametri di simulazione sono modificabili tramite le interfacce di programmazione (API).

Per quanto riguarda il dialogo piattaforma – utente, la soluzione tecnica adottata è stata l’implementazione di una wizard gestita attraverso una GUI (Graphical User Interface). I componenti grafici costituenti tale wizard sono un frame principale nel quale è inserito di volta in volta il pannello di controllo associato ad ogni specifica fase dello scheletro della piattaforma, il cui settaggio necessiti dell’intervento dell’utente. In Figura 4 è riportata la sequenza di panels nel caso della carbocementazione.

Gli step implementati nei diversi panels sono: 1. selezione del processo (Colata, Colata + Saldatura, Carbocementazione, Nitrurazione, Saldatura);

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quattro fasi (in analogia alle fasi analizzate nel relativo modello matematico): 1. simulazione del processo di diffusione del Carbonio; 2. simulazione del processo di tempra; 3. calcolo delle fasi; 4. calcolo delle caratteristiche meccaniche del pezzo.

Un analogo flusso logico (chiaramente con le dovute distinzioni in virtù dei diversi fenomeni fisici trattati) si può ritrovare per la nitrurazione e per la saldatura.

Il confronto numerico – sperimentale ha fornito per i diversi processi implementati un buon accordo. In partiFigura 7 – modello per l’implementazione numerica della carbocementazione

2. selezione del file CAD da analizzare; 3. modifiche guidate al file .dsdb con intervento dell’utente necessario per caratterizzare l’analisi scelta (questo specifico passo avviene non tramite un pannello della wizard, ma direttamente nell’ambiente di pre-processing del solutore strutturale); 4. inserimento dati di simulazione e di ottimizzazione (valori delle costanti e range delle variabili da ottimizzare); 5. post-processing.

Lo sviluppo dei modelli matematici per i processi di carbocementazione, nitrurazione e saldatura con la successiva implementazione numerica è stato uno degli obiettivi realizzativi a maggior valore aggiunto dell’intero progetto. A titolo esemplificativo di seguito si riporta per la carbocementazione una breve descrizione. Il modello matematico per la diffusione del carbonio è rappresentato in modo schematico in Figura 5 e 6 (il calcolo delle caratteristiche meccaniche si è basato sulla media pesata delle caratteristiche delle singole fasi). La routine sviluppata in ambiente FEM per la simulazione del processo di carbocementazione, la cui struttura è riportata in Figura 7, è stata articolata in

Figura 9 – profilo diffusione carbonio

Figura 8 – mappatura tenore carbonio

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colare, i profili di diffusione del Carbonio con le relative curve di durezza forniscono una previsione molto accurata dei valori sperimentali. In Figure 8-11 sono riportati alcuni risultati per un albero con diametro di 30 mm, - AISI 5115, mentre in Figure 12-13 per un ingranaggio cilindrico a denti diritti - AISI 5115.

Figura 10 – curva numerica durezza (AISI 5115)

Figura 11 – curva sperimentale della durezza

Figura 12 – mappatura tenore carbonio

Figura 13 – profilo diffusione carbonio

Stesso discorso per il profilo di diffusione dell’Azoto, mentre il modello dedicato alla determinazione della curve di durezza presenta uno scostamento maggiore. Per la saldatura l’analisi numerico – sperimentale si è focalizzata sulla determinazione delle tensioni residue: i test numerici sono allineati con gli analoghi sperimentali, anche se ulteriore lavoro è necessario per riprodurre in modo più accurato le transizioni di fase.

Come accennato in precedenza, essendo il bando cui si è aderito un PIA (Programmi Integrati di Agevolazioni), il progetto STAR ha previsto non solo un intervento in campo di R&S (Misura 3.13), ma anche un intervento nel campo dell’ampliamento della base produttiva (Misura 4.1 C).

In altri termini, tramite il progetto STAR è stato possibile supportare, anche da un punto di vista economico, la volontà di EnginSoft di acquisire una sede di proprietà nella zona industriale di Mesagne, dotandola delle attrezzature (sistema hardware per calcolo massivo) che hanno consentito di svolgere in modo efficiente le attività ingegneristiche previste nel progetto. Inoltre, allineandosi alle altre sedi EnginSoft, le funzioni ora disponibili nel nuovo ufficio di Mesagne (aula corsi, foresteria) consentono di svolgere in condizioni adeguate le attività di formazione associate, e non, alla fase di valorizzazione ed industrializzazione del progetto stesso.

Per maggiori informazioni: Ing. Marco Perillo info@enginsoft.it

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La simulazione delle lavorazioni meccaniche delle Superleghe Superalloys machining simulations The high-performance material design focuses, in particular, on the engineering use of metallic and nonmetallic materials and on productive processes. The simulation methods aim at the enhancement of the knowledge and principles of mechanical design for thermal and energy implications as well as their structural HiMech-oriented characterization.

In such perspective, the machining simulation for metal removal considers today two main approaches that are clearly represented by the two modules of the Advantage software. The first one refers to micro-detailed analyses of cutting edge, part and material removal (Advantage FEM), whereas the second one integrates workpiece material properties and machine dynamics (Production Module).

As far as materials are concerned, Titanium, Nickel and Cobalt are referred to as Superalloys and are of particular interest because of their high performances, also with high temperatures, and excellent weight/performance rate. On the other hand, due to their difficult machinability and countless correlated problems and demands, they require constant investigation for which prototyping can become a privileged tool, carrying out analyses on new materials, tools, machining parameters within an integrated environment, with a dramatic cost and time reduction.

Recent studies have proved how in an high percentage of cases, the machining configuration in use (setting of the tool and its performances, working speed, …) is not the optimum one, leaving a good margin of improvement.

A first overview of the ThirdWaveSystems software package as well as possible applications for superalloys machining simulations are presented in this article, demonstrating

how Advantage and Production Module can be the most suitable tools for the implementation of a new product/process procedure and to achieve an integrated “current engineering”, from the concept to the final production.

Il percorso formativo e la progettazione per materiali ad alte prestazioni pone particolare attenzione all'impiego ingegneristico di materiali metallici e non, e sui relativi processi produttivi. I Metodi di Simulazione si prefiggono di perfezionare le conoscenze relative ai principi di base della progettazione meccanica con risvolti termico-energetici, e con caratterizzazione strutturale-tecnologica, in piena sintonia con le tematiche presentate nell'ambito del HiMech.

Lo stato dell’arte propone oggi due approcci alla simulazione di lavorazioni meccaniche per asportazione di truciolo: il primo affronta il tema a livel-

Figura 1 - Simulazione di foratura su una lega di Titanio

Figura 2 - Simulazione di fresatura su una lega di Titanio

Figura 3 - Esempio di tornitura gravosa

lo di micro-dettaglio per analizzare il contatto fra tagliente, pezzo e truciolo (Advantedge FEM), mentre il secondo rappresenta una diretta integrazione con la programmazione del percorso utensile (Production Module).

Le leghe di Titanio, Nichel e Cobalto, comunemente raggruppate nella denominazione di superleghe, sono di estremo interesse per le loro elevate performance, anche alle alte temperature, e un ottimo rapporto peso–prestazioni meccaniche. Per contro, le particolari durezze e proprietà termofisiche, abbinate alle apprezzate proprietà meccaniche, incidono fortemente sulla loro lavorabilità, con evidenti problemi di usura utensile, qualità superficiale e una continua ricerca del set di parametri ottimizzato.

Nelle figure 1 e 2 si possono vedere due esempi di simulazioni tramite il codice AdvantEdge.

Introduzione Il driver tecnologico della ricerca e sviluppo nel settore delle lavorazioni meccaniche è sicuramente un sistema produttivo fortemente flessibile, in grado di seguire l'evoluzione tecnologica del prodotto e variarne agilmente i volumi produttivi, semplificando la riconversione su nuove produzioni. Il settore del Machining affronta oggi discontinuità tecnologiche dovute a diversi fattori quali l'inasprimento delle normative antinquinamento, la sempiterna necessità di riduzione dei

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l'impiego di tale modalità di approccio, creando il presupposto per una svolta nella percezione ed interpretazione dei fenomeni, accelerando la dinamica dei processi conoscitivi.

Figura 4 – Esempio di simulazione 2D di un utensile per il taglio di una lega di Titanio

costi; le lavorazioni ad alta velocità, produttivamente vantaggiose, ma con problematicità di tuning del sistema utensile-macchina e, non da ultima, la sfida dei nuovi materiali ad elevate prestazioni ma di difficile lavorabilità, come si vede in figura 3.

La ricerca della prestazionalità e qualità porta a non poter più prescindere da un approccio di progettazione integrato, in grado di valutare il contributo dei nuovi materiali. Tale approccio è condotto in modo efficiente utilizzando gli ultimi strumenti avanzati di engineering, sviluppati negli ambienti di ricerca, che permettono di valutare il comportamento della macchina utensile in modo virtuale, riducendo costi e tempi di sviluppo e di sperimentazione.

La simulazione numerica, ovvero la rappresentazione numerica della realtà, e lo sviluppo dei metodi e degli strumenti di calcolo hanno promosso

Sistemi software, macchine di calcolo e modelli virtuali La simulazione di processo rappresenta oggi una consuetudine, nella verifica e nella messa a punto delle attrezzature e dei processi, per la maggior parte delle tecnologie consolidate. È grazie alla possibilità di modellare con accuratezza i fenomeni fisici nei vari processi, che l'impiego della simulazione numerica permette di affrontare, anche per tecnologie emergenti, la scelta ottimale di configurazioni, attrezzature e parametri; consente, inoltre, di svolgere gli approfondimenti necessari alla miglior conoscenza di processi complessi, ma anche l'analisi del comportamento degli utensili stessi e delle macchine.

Macchine da calcolo sempre più potenti e veloci permettono di accelerare le fasi di progettazione, verifica e realizzazione di prodotti con qualità crescenti ed a costi minori. Lo sviluppo naturale della simulazione va verso una maggior accuratezza dei calcoli, ma soprattutto, verso l'integrazione tra le varie fasi del processo di fabbricazione ed il testing virtuale delle prestazioni del prodotto.

Nella progettazione, il successo dei metodi di Analisi agli Elementi Finiti

Figura 5 - Le industrie operanti nel campo automotive, aerospaziale ed energetico traggono beneficio dalle metodologie di ottimizzazione del machining, basate su strumenti di simulazione virtuale FEM

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(FEA) deriva dalla possibilità di verificare il comportamento strutturale di un componente o di un assemblato prima della sua realizzazione, valutando eventuali modifiche di progetto quando gli investimenti sono ancora contenuti. Trattandosi di una simulazione agli Elementi Finiti, il calcolo conduce ad un risultato tanto più prossimo a quello esatto, quante più risorse si spendono nel dettagliare input e leggi fisiche, implementate nel codice, anche a scapito dei tempi di calcolo. La nuova frontiera è nella ricerca della accuratezza dei modelli di calcolo, ove il materiale non sia più caratterizzato nominalmente, ma venga presa in considerazione la storia della sua trasformazione, lungo ogni passo del ciclo, e gli effetti sulle sue proprietà reali. Si sviluppa una metodologia di integrazione fra simulazione di processo e verifica funzionale virtuale del prodotto, per migliorare l'accuratezza delle previsioni relative al comportamento in esercizio del componente consentendo, quindi, di raggiungere obiettivi di alleggerimento, qualità e prestazione senza compromettere la robustezza del processo.

Al modello virtuale vengono applicate le condizioni al contorno, cioè i vincoli di fissaggio e posizionamento, i carichi di missione di lavoro ed eventuali anomalie, in modo da riprodurre fedelmente le condizioni di reale funzionamento della macchina. I dati ottenuti sono utilizzati come input per le fasi successive di riprogettazione ed ottimizzazione strutturale.

Inizialmente si valutano le prestazioni delle singole parti per estendere successivamente l'analisi ad assiemi via via più complessi fino al calcolo della macchina completa. Le forze di taglio vengono applicate virtualmente nel punto di lavorazione dell'utensile sul pezzo, si ottengono quindi informazioni su quali siano i volumi di materiale che fortemente influenzano il comportamento del componente e quelli invece dove l'energia di deformazione risulta essere particolarmente bassa, ottenendo utili indicazioni sulla disposizione più opportuna.

Metodologie di ottimizzazione topologica di macchine utensili consentono

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che; i produttori di utensili hanno raccolto dati dimostrando che: • in più del 50% delle volte un utensile non è impiegato in modo appropriato; • nel 42% delle applicazioni gli utensili sono usati a una velocità di taglio diversa da quella ottimale; • nel 62% delle applicazioni non vi è un utilizzo delle macchine utensili al pieno delle loro possibilità.

Figura 6 - Esempio di simulazione 3D di una tornitura di una lega di Inconel

di evidenziare opportunamente il contributo delle varie parti della macchina al raggiungimento degli obiettivi impostati, con un indice di utilità statico e dinamico del materiale, per prevedere e correggere eventuali fenomeni vibrazionali, capaci di ripercussioni negative sulla precisione di lavorazione.

Simulazione dell’asportazione di truciolo Il fenomeno principale, durante il taglio dei metalli, è l'applicazione di carichi elevati su piccole zone di deformazione, complicato da transizioni di fase e sviluppo di calore, che rendono i fenomeni di contatto notevolmente complessi. Lo studio e l'ottimizzazione del processo consente di ricavare

indicazioni necessarie a ridurre il consumo di energia, predire la rottura e l’evacuazione del truciolo, la finitura superficiale e le tensioni residue sul pezzo.

L'ottimizzazione geometrica dell'utensileria e dei parametri di processo, condotta mediante l'impiego di tecnologie basate sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM), permette la riduzione di numerose e costose prove sperimentali. Nella figura 4 si presenta un esempio di ottimizzazione geometrica, realizzata con il codice AdvantEdge, di un utensile per la lavorazione del Titanio, tramite simulazioni bidimensionali.

Recenti studi hanno evidenziato i difetti dei consueti metodi empirici nella gestione delle lavorazioni meccani-

Figura 7 - Simulazione tramite ThirdWave Production Module 3D della lavorazione di una girante e visualizzazione delle forze

Nel settore automotive si è constatato che il 35% dei fermi macchina, in produzione, può essere attribuito a problemi connessi direttamente al processo di taglio: in questo ambito si sviluppano metodologie di ottimizzazione del machining basate su strumenti di simulazione virtuale FEM, opportunamente integrati con verifica sperimentale. Tali metodologie consentono ai produttori di utensileria la drastica riduzione dei costi di sviluppo, permettendo analisi strutturate di nuove geometrie, rivestimenti e nuove condizioni di taglio in condizioni di high speed e lubrificazione minimale.

Inoltre, le industrie operanti in campo automotive, aerospaziale ed energetico traggono beneficio da questa metodologia per ottimizzare i parametri di processo nelle lavorazioni ad elevata efficienza dei nuovi materiali (figura 5).

AdvantEdge FEM della Third Wave Systems è un pacchetto software basato sugli Elementi Finiti, con modello matematico Lagrangiano esplicito,

Figura 8 - Visualizzazione dell’intero percorso utensile, tramite ThirdWave Production Module 3D, della fresatura di una girante e visualizzazione di uno dei numerosi grafici disponibili

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Figura 9 - Esempi di fresatura di componenti in Titanio

progettato per simulare processi di lavorazione meccanica per asportazione di truciolo. Il modello comprende il calcolo della risposta del materiale, con stretto accoppiamento termomeccanico appropriato per le alte temperature che si raggiungono in tali lavorazioni; il calcolo del transitorio termico nel pezzo, nell'utensile ed attraverso l'interfaccia utensile-truciolo; la generazione e rigenerazione della mesh in modo automatico e adattativo.

La modellazione del materiale costituisce parte integrante di un'accurata predizione del comportamento in condizioni di grandi deformazioni e tensioni, prevedendo accuratamente l'incrudimento, il thermal softening per effetto delle alte temperature e la sensibilità alla velocità di deformazione. AdvantEdge FEM ha più di 130 materiali già modellati tra acciai, acciai inossidabili, ghise, alluminio e, soprattutto, materiali speciali, difficili da lavorare, come leghe di nichel e di titanio.

I modelli dei materiali usati sono validati per la previsione delle forze, la forma del truciolo, la sua curvatura, gli stress residui e le temperature tramite test reali sulle macchine. Ogni simulazione con AdvantEdge darà una rappresentazione grafica di due componenti: il pezzo in lavorazione e l'utensile per il taglio, come si vede nella figura 6. È possibile usare uno standard tool o personalizzare un proprio utensile inserendone la geometria.

In entrambi i casi è possibile comunque settare i parametri di mesh in maniera personale per meglio realizzare la fenomenologia reale del processo.

AdvantEdge FEM 3D, sebbene necessiti di tempi di calcolo maggiori, consentirà all'utente di simulare il taglio ortogonale e obliquo in casistiche di simulazione di deformazioni tridimensionali.

AdvantEdge FEM è in grado di predire l'entità delle forze, delle temperature, del flusso termico, la formazione del truciolo, le sollecitazioni, le deformazioni, etc.

Le informazioni sul processo ricavabili con AdvantEdge FEM non si possono ottenere con le apparecchiature di test attualmente in uso nell'industria, ma si acquisiscono unicamente con lunghe e costose campagne di esperimenti.

Il processo di taglio può essere migliorato in molti modi: • le informazioni sulle forze e le temperature si possono utilizzare per ridurre i tempi ciclo; • l'analisi delle condizioni termiche e delle temperature permette di migliorare la vita dell'utensile e la qualità del pezzo lavorato; • la mappa degli stress residui è utile per analisi sulla deformazione del pezzo e/o di resistenza a fatica.

AdvantEdge FEM permette di analizzare differenti scenari di processo al fine di trovare il miglior compromesso fra diversi, e spesso contrastanti, obiettivi.

Simulazione del percorso utensile Third Wave Production Module 3D integra CAD, CAM, le dinamiche della macchina, e la proprietà del materiale del pezzo in un unico modello. Tale Modulo è progettato per l'analisi delle forze di taglio, la riduzione dei tempi ciclo e l'ottimizzazione delle prestazioni della macchina, Off-Line.

Production Module 3D propone una completa funzionalità CAD e G-code con l'importazione percorso utensile e sua visualizzazione, presenta una facilità di set-up del pezzo in lavorazione, consente il calcolo dei tempi ciclo, dei tempi taglio/non taglio e la previsione di forza e potenza istantanea, con conseguente utilizzo ottimizzato della macchina utensile a controllo numerico. Nella modellazione di processi di tornitura, fresatura, foratura di parti finite e/o parziali sono visualizzati risultati che possono essere esportati per l'analisi delle successive operazioni. L'utilizzo di ThirdWave Production Module 3D nelle più moderne realtà industriali, unitamente al know-how proprio, permette la riduzione di numerose e costose prove sperimentali e migliora sensibilmente l'indotto produttivo.

ThirdWave Production Module 3D permette infatti di: • ridurre costose prove di taglio; • ottimizzare i feed rates per diminuire tempo di ciclo; • eseguire analisi di stabilità; • aumentare le percentuali di materiale asportato; • aumentare l'utilizzo della macchina.

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Figura 10 - Fresatura di componenti in Titanio: a sinistra la simulazione, a destra il processo reale

Nelle figure 7, 8 si può apprezzare un esempio di simulazione di fresatura con ThirdWave Production Module 3D.

mento primario è dato dalla fase ordinata g BCT e presentano eccellenti proprietà a temperature criogeniche.

zi elevati per sfruttare l’aumentata resistenza diminuiscono l’allungamento critico a rottura.

Simulazione della lavorazione meccanica delle superleghe La prototipazione delle lavorazioni meccaniche e la loro sperimentazione virtuale risulta indispensabile ogni qualvolta siano richieste elevate finiture superficiali e strette tolleranze dimensionali, in special modo per componenti in metalli speciali quali le leghe di titanio e nichel.

Uno dei problemi della lavorazione ad utensile di leghe di titanio è la notevole infiammabilità in aria delle particelle, per cui si ricorre a potenti impianti di raffreddamento e si evitano pericolosi accumuli di truciolo; oppure la bassa conducibilità termica, che sfavorendo la dissipazione del calore porta ad un notevole aumento della temperature con i conseguenti problemi di microfusione e reattività a caldo, da cui l’utilizzo di lubrificanti a basso tenore di cloro. Il valore numerico assegnato al parametro di lavorabilità per il titanio assume valori paragonabili a quelli di acciai legati ed inox, risultando in genere più difficile da lavorare nelle forme più legate. Per quanto riguarda gli utensili è richiesta una più severa affilatura data la suscettibilità del titanio al danneggiamento superficiale, comportando quindi una minor vita media degli utensili e l’aumento dei costi di lavorazione (vedi figure 9 e 10).

Le leghe Inconel 718 rappresentano un secondo gruppo, nel quale l’induri-

La fase austenitica in molte superleghe Ni-Fe deve mostrare un opportuno bilanciamento tra i quantitativi di nickel e ferro; questo equilibrio è molto significativo nell’influenza del costo della lega ed del range di applicazione temperatura-sforzo. Tenori elevati di nickel sono generalmente associati a maggiori temperature di esercizio, migliore stabilità e maggior costo.

Conclusioni Per le lavorazioni meccaniche di asportazione di truciolo dei metalli e leghe speciali, l’uso di simulazioni e di sperimentazioni virtuali del processo, così come la validazione dei modelli matematici, riveste una grande rilevanza o, quasi, una necessità effettiva nella sempiterna ricerca di abbattimento dei costi di produzione e smaltimento, nell’ottimizzazione di tutto il comparto produttivo, nella soluzione delle problematicità di tuning dell’utensile; quindi in tutte le problematiche che insorgono, sia per la difficile lavorabilità dei nuovi materiali dalle alte prestazioni, sia per le alte velocità produttivamente vantaggiose.

L’uso dei softwares ThirdWaveSystems Advantedge e Production Module, si è dimostrato quindi indispensabile in tutti i settori in cui l’innovazione tecnologica impone l’utilizzo di materiali e leghe speciali, le cui lavorazioni non sono ancora trattate in letteratura o solo in via di sperimentazione di nicchia.

La quantità minima di nickel per mantenere la matrice austenitica è circa il 25% in peso, l’aggiunta di cobalto o di altri elementi austenitizzanti può abbassare significativamente questa quantità. Alti tenori di ferro, in aggiunta ad un abbassamento del costo ed ad una migliorata malleabilità, tendono ad un innalzamento del punto di fusione; sfortunatamente, leghe ricche in ferro hanno una peggiore resistenza all’ossidazione rispetto a leghe ricche di nickel. In molte applicazioni delle superleghe a base Ni-Fe la sensibilità all’intaglio è di importanza critica; la resistenza agli effetti deleteri degli intagli deve essere ottenuta senza compromettere le altre proprietà meccaniche. Quindi molta importanza va attribuita all’appropriata scelta della lega ed alla sua lavorazione, in particolar modo per quanto riguarda la tenacità a rottura. Il compito è difficile, in quanto generalmente la resistenza aumenta e la tenacità diminuisce, così come operazioni a sfor-

L’implementazione di questi software nelle aziende permette di inglobare nel “processo sviluppo nuovo prodotto” un potente strumento per realizzare un “concurrent engineering” integrato, e consente un’analisi completa CAE del prodotto, dal concept fino alla produzione del bene finito.

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Fonderie 3M System: i vantaggi dell’innovazione L'impresa “Fonderie 3M System s.r.l.”, nata come azienda individuale negli anni '60 per iniziativa della famiglia Olivieri di Sansepolcro, è progressivamente cresciuta e dal 1973 si è insediata nello stabilimento di San Giustino dove attualmente opera su una superficie coperta di circa 6.000 mq..

L'impresa si è successivamente sviluppata fino alle attuali dimensioni di medio-industria caratterizzandosi nel settore della pressofusione di leghe leggere, principalmente alluminio, nello studio, progettazione e produzione di stampi destinati alla pressofusione industriale, nella costruzione di macchine automatiche, versatili e dedicate, dotate di processori elettronici, per lavorazioni di finitura, meccaniche e di controllo di tenuta. Il mercato di riferimento è quello relativo al settore “automotive”, motoristico, elettronico, meccanico e componentistico nelle sue applicazioni più ampie e diversificate.

L'impresa dispone di n. 11 impianti di pressofusione completamente automatizzati, di potenza e capacità variabili da 250 a oltre 1300 tons, dotati di robot per le movimentazioni interne, di n. 4 forni fusori di capacità media di kg. 5000 e di n. 11 forni di attesa.

L'attività produttiva di fonderia è inoltre supportata dai servizi del sistema qualità, dall'officina attrezzeria che esegue manutenzioni delle attrezzature e costruzione di stampi, dall'ufficio tecnico e progettazione collegato con il centro studi e ricerche sperimentali aziendale, dal reparto finiture, trattamenti superficiali e lavorazioni meccaniche.

Gli occupati nei vari livelli dell'organigramma sono circa 70 unità, mentre il volume dell'attività produttiva è quantificabile in complessivi 2500-3000 tonnellate di leghe annue potenzialmente espandibili fino a 5000 tonnellate.

Il fatturato annuo di Fonderie 3M System si attesta sui 12 milioni di eu-

ro. Visitate il sito di Fonderie 3M System all'indirizzo: www.fonderie3m.com L’utilizzo di MAGMASOFT nelle Fonderie 3M System MAGMASOFT viene utilizzato sin dalla fase di preventivazione di una commessa, infatti facendo una solidificazione veloce del pezzo, si è in grado di vedere quali saranno le eventuali criticità.

Facendo pressofusione MAGMASOFT ci aiuta sin dalla fase di progettazione dello stampo, infatti possiamo simulare ed esplorare idee innovative sia dei nostri tecnici che di R&D del settore fonderia, il tutto prima di iniziare la lavorazione dell'acciaio.

Questa procedura risolve i problemi di modifica attrezzatura, perché la geometria che poi verrà riportata nello stampo, sarà quella ottimale, e consentirà di ridurre al minimo gli scarti e azzerare gli sprechi dello stampaggio.

Inoltre con l'analisi a regime termico, si può salvaguardare lo stampo (e le parti stampanti) dato che vengono evidenziate le zone più calde, su cui noi potremmo agire preventivamente inserendo opportuni canali di raffreddamento. MAGMASOFT, e' uno strumento interessante, anche perché ha nel suo database molte leghe che negli ultimi tempi sono sempre più utilizzate dal settore automotive, rispetto alle tradizionali leghe di alluminio, come ad esempio: silafont-36, magsimal-59.

MAGMAfrontier infine ci permette di ottimizzare sia le nuove alimentazioni, che quelle già esistenti, in modo da diminuire gli sprechi e gli scarti di processo.

Perché MAGMASOFT e MAGMAfrontier in Fonderie 3M System “A seguito di una serie di attente valutazioni dei software presenti sul mercato, abbiamo scelto MAGMASOFT perché ha dato prova di essere la migliore tra

le tecnologie da noi viste, in linea con la filosofia delle Fonderie 3M System che da sempre è quella di investire nelle migliori soluzioni software”, ha dichiarato il Dott. Giuliano Smacchia, Amministratore Delegato della Fonderie 3M System.

“L'utilizzo di MAGMASOFT farà fare al nostro reparto tecnico un salto di qualità, in quanto ci consentirà di valutare velocemente numerose alternative progettuali, scegliendo alla fine la migliore in termini di prestazioni e qualità” – ha aggiunto il Dott. Valerio Olivieri Presidente delle Fonderie 3M System – “tutto ciò al fine di andare incontro ai nostri clienti ed accrescere la loro soddisfazione che, alla fine, è il nostro obiettivo più importante”.

“La presenza del modulo MAGMAFrontier è un qualcosa di assolutamente innovativo che nessun altro concorrente di MAGMASOFT possiede” – ha concluso il Dott. Daniele Fedeli – “inoltre la EnginSoft ci ha affiancato con professionalità e competenza consentendoci la piena operatività nel minor tempo possibile”.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

FORGE 2008 - Release Notes

Nel mese di settembre 2008 è stato rilasciato da Transvalor il nuovo pacchetto di simulazione Forge 2008®, lo strumento ideale per la simulazione dell’intero processo di stampaggio a caldo o a freddo dei più svariati componenti (alberi, giunti, ingranaggi, flange, raccordi, cuscinetti, bulloni, viti, fasteners, …..). È possibile simulare la sequenza completa di un processo di forgiatura multistadio, con una cinematica degli stampi anche molto complessa (stampi flottanti o precaricati), seguita da raffreddamenti, tranciatura bave e\o trattamenti termici.

Forge 2008® è la logica evoluzione di Forge2007® ed è un software di simulazione FEM dedicato alla simulazione di processi assialsimmetrici (2D) e di qualsivoglia geometria (3D), che è stato sviluppato seguendo le indicazioni degli utilizzatori.

Installazione – versioni disponibili Nell’ottica di consentire la massima flessibilità all’utente, conservando una interfaccia comune a tutti gli ambienti, Transvalor ha rivisto completamente le procedure di installazione di Forge. Tre sono i principali sistemi supportati: pc

singolo processore, pc mutiprocessore\multicore, cluster. Per i primi sue sistemi, il sistema operativo supportato è Windows, ora anche nella versione 64bit, mentre per l’installazione della versione cluster si può scegliere tra Windows e Linux. È ora possibile, utilizzando la stessa licenza, avere una installazione “server” sulla macchina di calcolo e varie installazioni “client” sulle macchine di lavoro, con un accesso diretto alla macchina di calcolo in tutte le fasi di gestione dei progetti.

Grazie a questo accorgimento la gestione delle informazioni e l’accesso ai risultati delle simulazioni ora è più immediato ed è possibile sfruttare in modo più efficiente, mediante la parallelizzazione del calcolo, i vari processori\core a disposizione. In quest’ottica va ricordato lo sforzo fatto per supportare, principalmente per la versione cluster, i vari programmi in grado di gestire le code di calcolo: oggi sono supportati pbs v5, pbs v9, lsf e sge.

I “wizard” come strumento per rendere molto rapida l’impostazione di una operazione Dopo la rivoluzione introdotta con Forge2007®, con la possibilità di gestire completamente in automatico un processo multistep con tutte le operazioni di “transizione” tra una operazione e la successiva (raffreddamenti, ricalde, aggiustamenti, traslazioni, rotazioni, passaggi 2d a 3d), ora Transvalor mette a disposizione uno strumento in grado di guidare passo-passo l’utente nella creazione della singola operazione: il “wizard”. Questo strumento, che ha ridotto drasticamente le operazioni da effettuare, risulta utilissimo per i neofiti, che possono impostare una simulazione caricando solo le informazioni base e lasciando al software il compito di compilare il progetto pronto per essere risolto. Anche gli utenti più esperti possono trarre vantaggio dalle automazioni introdotte e preparare in modo rapidissimo le simulazioni. Nella

versione Forge2008® è presente un primo wizard dedicato allo stampaggio a caldo, ma sono già in programma altri wizard dedicati allo stampaggio a freddo, alla fucinatura, alla laminazione di anelli, ….

Molte le migliorie introdotte nel pre- e nel post-processing Per Transvalor le linee di sviluppo del software sono sempre guidate dai suggerimenti degli utenti. Nella nuova versione diverse sono le migliorie apportate, che riassumiamo di seguito.

1. Pre-processore Diverse migliorie minori, ma molto utili, sono state introdotte nelle finestre di impostazione dei progetti. In particolare nel pre-processore l’attenzione si è concentrata sul miglioramento di alcuni template di processo, i modelli che servono da base per l’impostazione di tipo-

logie particolari di calcolo. Il template del “cogging”, che consente di affrontare le operazioni di fucinatura a stampi aperti, vede ora la possibilità di impostare, attraverso un file specifico, una sequenza di colpi di pressa, con traslazioni e rotazioni del pezzo tra colpo e colpo, definendo per ognuno di essi l’altezza finale obiettivo dell’operazione.

Forge2008® risolve ora l’intera sequenza impostata con un solo calcolo, applicando senza bisogno dell’intervento dell’operatore tutti i movimenti necessari al pezzo ed agli stampi e fornendo dei risultati che possono essere visualizzati molto agevolmente. Sempre in termini di processi multi-colpo, è stato migliorato il modello del maglio, che ora tiene conto, in modo più accurato, dell’efficienza dei singoli colpi e per il quale è possibile ora valutare la rigidezza, fattore que-

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sto che può influire sulla altezza di chiusura della macchina.

Molto lavoro è stato effettuato anche per creare dei modelli in grado di simulare il movimento di punzoni, che siano legati in modo rigido o mobile al movimento di altri stampi. Per le configurazioni di stampaggio a forare, tipiche dell’ottone, ad esempio ora è possibile impostare il moto dei punzoni come “slave” dello stampo su cuscino, in modo che ora si muoveranno verso il pezzo solo quando quest’ultimo sarà spinto verso il cuscino inferiore dallo stampo superiore o dal materiale. Configurazioni “a forare” anche complesse o con stampaggio “in campana” sono ora facilmente impostabili.

Anche il modello dedicato alla laminazione di anelli “ring rolling” ha subito delle importanti migliorie, mediante l’aggiunta di opzioni di controllo della cinematica del mandrino e dei coni, in funzione della crescita dell’anello, ma soprattutto con un approccio in grado di rendere più stabile e rapido il calcolo.

2. Solutore Il “batch manager”, lo strumento in grado di gestire la soluzione di più simulazioni o catene di simulazioni, è stato ulteriormente migliorato ed ora è possibile lanciare e amministrare la soluzione di più sequenze in serie e\o in parallelo, ottimizzando le risorse a disposizione (core\processori\pc in cluster). Per ogni lavoro lanciato è possibile valutare lo stato ed il tempo di calcolo rimanente, aspetti che rendono molto più efficiente la gestione delle priorità dei lavori.

3. Post-processore Lo sviluppo del post-processore ha seguito due linee ben precise: migliorare la velocità di creazione di lunghe sequenze complesse di risultati e aggiungere strumenti richiesti dagli utenti.

Per quanto riguarda l’efficienza, ottimi risultati si sono ottenuti sfruttando le piattaforme multi-core e con la versione 64bit, che consente ora un più efficiente sfruttamento della RAM a disposizione e la creazione di animazioni con un maggiore numero di incrementi. Per le richieste degli utenti, tra le più utili ricordiamo che è stata aggiunta la possibilità di avere il valore numerico su un plot 2d semplicemente passando sopra con il mouse, la possibilità di salvare le impostazioni utente ed applicarle ad altre viste, la possibilità di esportare in formato .iges o .dxf il profilo di una sezione del pezzo, in modo da poterla utilizzare in CAD esterni. Degno di nota è anche il miglioramento dell’interfaccia di esportazione .vtf, che consente di esportare una animazione di un risultato in una forma ove l’utente ha la possibilità di cambiare il punto di vista e\o lo zoom. Con il nuovo visualizzatore GlView Express, scaricabile gratuitamente, è ora possibile visualizzare nello stesso file più risultati, rendendo decisamente più agevole la comunicazione delle informazioni tra colleghi o verso l’esterno.

Trovare e seguire le ripieghe è ora più facile e rapido Lo sviluppo del motore di calcolo di Forge ha riguardato principalmente l’introduzione di un più efficiente approccio alla valutazione dei contatti con gli stampi ed ai contatti materiale-materiale. In particolare, la funzione “self-contact”, in grado di evidenziare il contatto tra due lembi di materiale, ora consente di seguire la formazione di ripieghe e di valutare posizione e movimento di tali ripieghe durante il flusso di materiale. Il miglioramento della robustezza del solutore consente di procedere nel calcolo anche per configurazioni con ripieghe complesse o un numero elevato di ripieghe, come avviene sovente nello stampaggio di ottone.

Effetti indotti di questi miglioramenti al motore di calcolo sono stati una riduzione dei tempi di calcolo stimabile mediamente dal 5% al 15% a seconda del numero di nodi utilizzato e del tipo di calcolo impostati, miglioramento riscontrato sia sulle configurazioni singolo processore, che sulle più potenti piattaforme multicore o cluster.

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Miglioramento continuo del database dei materiali Il database dei materiali è stato ulteriormente arricchito di nuove referenze ed ora riporta le curve di deformazione a caldo ed a freddo, le caratteristiche elastiche e le proprietà termiche di oltre 800 leghe ferrose e non ferrose.

Conclusioni Si può quindi affermare che Forge 2008® è un programma sempre in costante miglioramento, che ha raggiunto una notevole semplicità d’uso, grazie all’esperienza accumulata con le versioni precedenti ed i suggerimenti provenienti dagli utilizzatori. Molte delle novità introdotte portano la versione 2008 ad un livello di precisione ed accuratezza decisamente superiori alla versione precedente.

Dall’altra parte, la maturità raggiunta dal prodotto consente sempre un facile e rapido inserimento in qualsiasi ambiente tecnico, per la progettazione di prodotti ottenuti per stampaggio o laminazione, e l’ottimizzazione dei relativi processi produttivi. Con Forge 2008 è quindi possibile migliorare rapidamente la qualità dei pezzi, ridurre gli sprechi di materiale e aumentare la durata degli stampi e delle macchine di stampaggio. È possibile inoltre valutare in modo anticipato senza sorprese la stampabilità di nuove forme o di materiali poco conosciuti.

EnginSoft, distributore in Italia del software Forge, offre alle aziende del settore oltre al supporto nell’installazione, formazione del personale ed avviamento all’uso, anche attività di simulazione su commessa, con impostazione del caso, analisi dei risultati e consulenza sull’ottimizzazione del processo.

Per maggiori informazioni: Ing. Marcello Gabrielli - EnginSoft info@enginsoft.it

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FRAMMENTI DI FEM: Flessione secondaria nei recipienti in pressione in parete sottile L’ingegnere strutturista è spesso chiamato a progettare recipienti che devono contenere fluidi in pressione.

Spesso la resistenza, il peso e la forma di tali recipienti sono severamente prescritti e rigidamente controllati.

E’ questo il caso, nel settore aeronautico ad esempio, della cabina pressurizzata di un moderno velivolo, la quale è assimilabile ad un recipiente sigillato in pressione, contenente aria ad una pressione vicina a quella atmosferica al livello del mare.

Dal punto di vista strutturale, la forma piÚ efficiente per un recipiente in pressione è quella per la quale le azioni di pressione sulle pareti del recipiente sono sopportate dalle sole tensioni normali che si sviluppano nelle pareti curve del recipiente stesso. Un esempio di tali forme è rappresentato dai comuni palloncini gonfiati in gomma o dalla superficie libera di una goccia d’acqua, le cui pareti hanno rigidezza flessionale nulla, per cui presentano le proprietà di una membrana. Le tensioni sviluppate, giacendo interamente nel piano tangente alla superficie curva del recipiente in ogni punto considerato, sono chiamate tensioni membranali.

Nei gusci impiegati ingegneristicamente, le pareti presentano naturalmente una certa rigidezza flessionale e, di conseguenza, possono sopportare anche dei carichi trasversali sviluppando tensioni flessionali.

In effetti, le condizioni al contorno imposte sul guscio possono essere tali da richiedere una flessione localizzata in certe zone, solitamente in prossimitĂ di bordi e giunzioni.

Un efficiente progetto di un recipiente in pressione è allora tale da rendere minime le differenze tra il sistema reale e quello caratterizzato da tensioni membranali pure, minimizzando cioè le tensioni flessionali locali indotte nel guscio. Mentre l’analisi membranale consente di ottenere il sistema di tensioni primario in recipienti in pressione in parete sottile, l’analisi degli effetti flessionali indotti dalle condizioni al contorno può rivelare picchi localizzati di tensioni secondarie. Nel caso di analisi statiche di recipienti correttamente progettati, è pratica comune trascurare questi picchi di tensione secondaria, confidando nel fatto che lo snervamento locale del materiale ha un effetto livellatore benefico su tali picchi, mentre nel caso di analisi a fatica di recipienti soggetti a carichi ripetuti tali picchi possono rivelarsi di grande importanza.

Per meglio comprendere l’argomento, consideriamo un recipiente assialsimmetrico a sezione circolare costante di raggio R0 e spessore t, in lega di alluminio, dotato di una paratia di chiusura emisferica e contenente un gas ad una pressione p. Per evidenziare i maggiori punti deboli dell’analisi membranale, è sufficiente calcolare semplicemente gli spostamenti radiali che si hanno nei due elementi (cilindro e calotta emisferica), utilizzando le equazioni costitutive del materiale, ipotizzato lineare elastico.

La tensioni di meridiano Äąm, in senso assiale (“mâ€? sta per meridiano), e di parallelo Äąp, in senso tangenziale (“pâ€? sta per parallelo), sono espresse dalle seguenti formule:

p ˜ R0 2t

V m cil V p cil

p ˜ R0 t

V m par

p ˜ R0 2t

(cilindro)

(paratia emisferica)

p ˜ R0 2t

V p par

La deformazione del cilindro in senso circonferenziale (cioè lungo il generico “paralleloâ€?) è data da:

Hp

cil

1 V pcil QV m cil E

p ˜ R0 § Q ¡ p ˜ R0 ¨1 ¸ # 0.85 Et Š 2 š Et

in cui si è assunto, per il coefficiente di Poisson, il valore tipico dell’alluminio, e cioè Ȟ = 0.3.

La deformazione İp della paratia in senso circonferenziale è data, invece, da:

Hp

par

1 V p par QV m par E

p ˜ R0 1 Q # 0.35 p ˜ R0 E ˜ 2t Et

in cui si è ancora una volta assunto Ȟ = 0.3.

Si consideri, adesso, la deformazione di un anello dovuta all’espansione radiale. PiÚ precisamente, sia l la lunghezza iniziale dell’anello (vale a dire la lunghezza della sua circonferenza) e ǝl sia la variazione in senso circonferenziale di tale lunghezza. Per effetto della variazione ǝl, l’anello passerà da un raggio iniziale R ad un raggio finale R+į, rappresentando con į l’espansione radiale dell’anello.

Si può dunque scrivere:

2S R G

2SR Â&#x;1

G R

l 'l R G l 'l Â&#x; Â&#x; l R l 'l G 'l Â&#x; Hp 1 l R l

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3 -

Quindi, l’espansione radiale į dell’anello è legata alla sua deformazione circonferenziale İp mediante la relazione:

G

R H p

Indicando allora con įcil e įpar rispettivamente l’espansione radiale del cilindro e della paratia, risulta:

G cil R 0 H p

p R0 0.85 Et

cil

e

G par R 0 H p

par

2

p R0 0.35 Et

giunzioni in cui si verifica una brusca variazione dello spessore delle pareti del guscio (come accade nel caso in cui venga aggiunto un doubler) oppure in cui un guscio è collegato (con rivetti o bulloni) a una fondazione.

In sostanza, un buon progetto di un recipiente in pressione tende a minimizzare le tensioni di flessione secondaria, cercando di evitare il collegamento di elementi caratterizzati da distorsioni molto diverse tra loro.

Esercizio 2

da cui segue immediatamente che:

G cil # 2.4 G par Conseguentemente, il cilindro tende ad espandersi in misura maggiore rispetto alla paratia.

Nella realtà, la giunzione esistente tra cilindro e paratia previene questo effetto, facendo sì che le deformazioni radiali dei due elementi siano le stesse. Ne consegue, allora, che la giunzione è soggetta ad azioni tangenziali di taglio, che producono a loro volta momenti flettenti secondari nelle pareti del guscio.

La cosa più sorprendente di questi momenti flettenti, massimi in corrispondenza della giunzione, è che si smorzano rapidamente, divenendo trascurabilmente piccoli (minori dell’1% del massimo valore raggiunto) ad una distanza pari a circa 4

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Si consideri un recipiente a guscio cilindrico con estremità emisferiche, contenente gas in pressione.

Il recipiente è in lega di alluminio (modulo elastico = 71000 MPa e modulo di Poisson = 0.3).

Il raggio del cilindro e dell’estremità emisferica è pari a 45 mm, mentre la lunghezza della sola parte cilindrica è pari a 200 mm. Lo spessore del recipiente è pari a 2.5 mm.

Il gas contenuto nel recipiente si trova ad una pressione di 200 MPa. Si va ad eseguire un’analisi statica agli elementi finiti del recipiente con il codice di calcolo ANSYS, avvalendosi del modulo PEM (Pressure Equipment Module) di ANSYS Workbench.

In virtù della simmetria geometrica, viene realizzato il modello numerico soltanto di metà recipiente.

Si veda, a tal proposito, la figura seguente (Fig.1).

R0 t , a partire dalla giunzione.

Così, a titolo d’esempio, in un guscio cilindrico di raggio R0 = 45 mm e spessore di parete t = 2.5 mm, questi momenti flettenti secondari risultano significativamente smorzati ad una distanza di 42.4 mm, misurata a partire dalla giunzione.

Le tensioni ım risultano normalmente aumentate di circa il 30% in corrispondenza del punto di massimo del momento flettente secondario, mentre le tensioni ıp risultano aumentate solo del 3% circa.

In generale, il fenomeno della flessione secondaria è tipico di molte giunzioni, ad esempio: giunzioni in cui il raggio di curvatura dei “meridiani” cambia improvvisamente, come nell’esempio trattato sopra, in cui tale raggio passa bruscamente dal valore Rm=R0 al valore Rm= in corrispondenza della giunzione. giunzioni in cui si ha un improvviso cambiamento nella direzione della curva “meridiana”. Vicino alla giunzione, si può avere l’insorgenza di un elevato momento flettente secondario. Per ovviare a ciò, normalmente viene inserito un anello di rinforzo in corrispondenza della linea di giunzione. giunzioni in corrispondenza delle quali vengono uniti elementi strutturali caratterizzati da rigidezze diverse o caricati in maniera diversa.

Fig.1 Geometria del recipiente (interfaccia grafica del modulo PEM)

Le tensioni di meridiano teoriche dovrebbero essere pari a:

V

m cil

p R0 2t

200 45 2 2 .5

1800 MPa

(parte cilindrica)

V m par

p R0 2t

200 45 2 2 .5

1800 MPa

(parte emisferica) mentre, per quanto riguarda le tensioni di parallelo teoriche, si dovrebbe avere:

42 V p cil

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p R0 t

200 45 2.5

3600 MPa

(parte cilindrica)

V p par

p R0 2t

200 45 1800 MPa 2 2.5

(parte emisferica) Dai risultati dell’analisi FEM (Fig.2 e Fig.3), si vede infatti:

0.7103 mm

Fig.5 Espansione radiale parte emisferica 1809.3 MPa

Per la parte emisferica, il valore dell’espansione radiale evidenziato in figura per il polo è stato ottenuto epurando il moto della calotta emisferica della componente di traslazione rigida della giunzione causata dalla deformazione della parte cilindrica.

Il modulo PEM di Ansys Workbench consente anche di valutare rapidamente la tensione membranale equivalente (sistema primario) e la tensione flessionale (sistema secondario).

Si vedano a tal proposito le figure Fig.6 e Fig.7.

Fig.2 Tensioni di meridiano 3726.7 MPa

1797.7 MPa Fig.3 Tensioni di parallelo

I valori teorici dell’espansione radiale della parte cilindrica e della parte emisferica sono espressi dalle seguenti relazioni:

G cil R 0 H p

p R0 0.85 Et

cil

2

200 45 2 0.85 71000 2.5

Fig.6 Tensione membranale

1.94 mm

(parte cilindrica)

G par R 0 H p

0.35

par

p R0 Et

2

0.35

200 45 2 71000 2.5

0.8 mm

(parte emisferica) Dai risultati dell’analisi FEM (Fig.4 e Fig.5), risulta infatti:

1.9572 mm Fig.7 Tensione flessionale

Fig.4 Espansione radiale parte cilindrica

Per ulteriori informazioni: Ing. Giulia Filucchi Project Engineer g.filucchi@enginsoft.it info@enginsoft.it

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EnginSoft e il progetto CEFEN EnginSoft, fedele alla sua tradizione di azienda sempre attenta alle innovazioni tecnologiche coniugate alle esigenze del mercato, ha recentemente partecipato al Workshop DOMUS 2008 (Brindisi, 27 maggio 2008), organizzato dall’ENEA nell’ambito delle attività tese a favorire l'efficienza energetica e la certificazione energetica degli edifici. All’evento hanno preso parte sia i principali attori del mondo istituzionale pugliese (Regione Puglia, Provincia e Comune di Brindisi, ARTI Puglia Agenzia Regionale per la Tecnologia e l’Innovazione -, …), sia le Associazioni delle Categorie Produttive (Confindustria Brindisi, ANCE Puglia, Confartigianato Brindisi, …), sia i

costruire gli edifici e gli insediamenti abitativi e industriali, che consenta di ottimizzarne i consumi riducendo gli sprechi. In questo contesto, per centrare l’obiettivo del 9% di risparmio energetico entro il 2016, come previsto dal Piano nazionale per l’efficienza energetica, il solo settore residenziale italiano deve contribuire con una riduzione pari al 44%.

Per raggiungere questo target dal 1° luglio 2009 la certificazione energetica degli edifici sarà obbligatoria e tutte le Regioni dovranno dotarsi di strumenti quali normative, piani di sviluppo e scenari, politiche energetiche, formazione di quadri professionali, ed inoltre di un Albo per i Certificatori Energetici.

Workshop DOMUS 2008 - ENEA per l'efficienza energetica e la certificazione degli edifici

Tabella 1

“fautori” di ricerca e innovazione tecnologica del territorio (Università del Salento – Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione, Istituti di Formazione Superiore oltre che l’ENEA stessa).

Questo workshop DOMUS 2008, che si inquadra in un programma di incontri che si sta svolgendo in numerose città italiane e, in ambito pugliese, in una serie di iniziative progettuali con Istituzioni e stakeholders locali, è stato l’occasione di un confronto per individuare gli strumenti più efficaci di “governance” dell’efficienza energetica, attraverso un approccio che metta a “sistema” il mondo della Ricerca, la Pubblica Amministrazione e le imprese, valorizzi le soluzioni tecnologiche più opportune ed infine intervenga sulla sensibilità culturale e sui comportamenti. L’obiettivo è un nuovo modo di

EnginSoft, per mezzo delle sue expertise nel settore della modellazione numerica e delle sue esperienze maturate nel mondo dell’industria, può senz’altro dare il suo contributo al miglioramento

della efficienza energetica degli edifici.

A fronte di questa “dichiarazioni di intenti”, si pone una fondamentale domanda: come? In altri termini, quale è lo strumento attuativo? Una risposta concreta sta nel Progetto CEFEN. Il progetto CEFEN, cui lo workshop DOMUS 2008 ha funto anche di supporto, vede l’ENEA capofila ed EnginSoft key partner, di un intervento il cui obiettivo generale è integrare e potenziare competenze multidisciplinari e di soggetti pubblici e privati nel settore delle energie alternative, sulle relative tecnologie e sulle metodologie per l’efficienza energetica degli edifici. La proposta è finalizzata quindi alla costituzione di un Centro Studi e Servizi sull'Efficienza Energetica – il CEFEN appunto – avente le finalità di: • informare soggetti pubblici e privati sull’efficienza energetica e formare energy manager, certificatori energetici, progettisti …; • ricercare e sviluppare tecnologie per l’efficienza energetica; • offrire soluzioni tecnologiche nell’ambito delle nuove costruzioni residenziali, industriali e di servizio pubblico, derivanti da attività di R&S nelle fonti rinnovabili; • offrire consulenze in materia di efficienza energetica alle imprese e alle P.A. fornendo “pacchetti metodologici” per la progettazione di eco-edifici;

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

zione di sistemi energetici ad architettura distribuita.

Il centro mira a diventare così un riferimento unico e permanente per l’individuazione, la valutazione, lo sviluppo e la diffusione di nuove tecnologie.

Il progetto è caratterizzato da un unico intervento costituito da una serie di azioni atte a consolidare la partnership proponente. Il progetto si articola in 36 mesi ed è strutturato in 5 fasi, rappresentate nella tabella 1.

• promuovere partnership per l’industria delle fonti rinnovabili (eolico, fotovoltaico solare termico, solar cooling, coogenerazione, …); • sviluppare metodologie di progetta-

EnginSoft svolge un ruolo quanto mai strategico e trasversale alla realizzazione dell’intera iniziativa, in quanto essa è innanzitutto responsabile (affiancata da ENEA e Università del Salento) della Fase A – Progettazione e sviluppo di una piattaforma in rete per la gestione e il monitoraggio del progetto – il cui obiettivo è la realizzazione di un portale per l’ingegneria a distanza ed un

portale per la formazione a distanza via web che permettano sia l’integrazione ed il trasferimento di conoscenze all’interno del gruppo di sviluppo del progetto sia la diffusione dei servizi e delle informazioni verso i beneficiari dei risultati, siano essi soggetti pubblici o privati. Inoltre EnginSoft affiancherà l’ENEA nella Fase C – Sviluppo e validazione di metodologie per la progettazione e verifica dell’efficienza energetica degli edifici.

Il progetto CEFEN cerca di anticipare e soddisfare esigenze di efficienza energetica che diventano sempre più pressanti ed improrogabili. Rispetto a questo contesto, EnginSoft è consapevole che dall’integrazione, dal potenziamento e dal coordinamento delle proprie specifiche competenze può derivare specifici vantaggi competitivi per lo sviluppo e la qualificazione delle proprie linee di business.

Enginsoft è presente alla conferenza annuale di ANSYS a Pittsburgh Il 26-28 Agosto 2008 si è tenuta a Pittsburgh, Pennsylvania, USA, la conferenza internazionale di ANSYS. Tale conferenza, uno degli eventi più importanti del mondo ANSYS, ha raccolto progettisti, analisti e manager attorno a temi importanti del mondo CAE. Si è discusso, attraverso 120 presentazioni tecniche, di come aziende innovative a livello mondiale utilizzino la piattaforma Workbench come strumento fondamentale durante la progettazione a 360°; sono state presentate alcune delle novità che saranno presenti all’interno della nuova release 12.0 ed è stato un momento di scambio di idee e di metodologie di analisi su tematiche importanti, come la fatica e la meccanica della frattura.

La conferenza ha raccolto, da 32 diverse nazioni, circa 850 partecipanti provenienti da più di 30 diverse industrie.

Enginsoft ha voluto essere presente al-

l’evento, con una presentazione su un’ attività di ottimizzazione realizzata con modeFRONTIER, ed inoltre proponendo, attraverso incontri con lo staff tecnico di ANSYS, una rivisitazione delle novità di Workbench 12.0 su tematiche di interesse. A tal proposito sono state impostate in questa occasione due attività di simulazione che sfruttano alcune novità per risolvere i problemi contingenti di due aziende italiane.

Tali attività saranno poi esposte nella prima giornata dell’Enginsoft Conference di Mestre (1617 Ottobre).

La prima vede coinvolta Ferrari con una simulazione termo-strutturale su un componente motore. Si è infatti messa punto una particolare procedura di interpolazione che consente di applicare i risultati fluidodinamici della

camera di combustione, provenienti da software specifici utilizzati da Ferrari, sul modello termo-strutturale di Workbench.

La seconda attività vuole ricreare una procedura di analisi di post buckling utilizzata in Saipem per controllare la resistenza delle tubature, a seguito di un’avvenuta instabilità, attraverso le nuove tecniche di stabilizzazione numerica di Workbench.

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Nuove offerte formative per l’addestramento alle tecnologie CAE nel 2009 EnginSoft Training Activities 2009 – What’s new?

The new publication of EnginSoft training activities presents, as usual, interesting novelties, both in terms of contents and organization.

The training offer covers not only the whole spectrum of the supported software, but includes also two new commercial products AQWA and ASAS (a fluid-dynamic and a structural code respectively, oriented to the Offshore world) and the redesign of the ANSYS courses, due to the introduction of the new release ANSYS Workbench 12.

ANSYS Workbench 11 users will have the possibility to find out improvements and potential of the new release during special Presentation Days. In the same perspective, EnginSoft is planning to implement the software training with thematic courses, to be focused on specific design competences. Such a wide range of activities, that will be hosted in all EnginSoft's branch offices, for users' convenience, reflects the company's commitment to meet its customers' needs for training in state-of-the-art technologies and developing their knowledge and expertise towards excellence in engineering.

Come ormai consuetudine per EnginSoft anche nel 2009 il Libretto Corsi si arricchisce di nuove offerte.

Alla già imponente proposta formativa si aggiungono due nuovi corsi associati ai due nuovi prodotti commercializzati da EnginSoft: AQWA e ASAS, rispettivamente un codice fluidodinamico ed un codice strutturale orientati al mondo Offshore.

L’altra importante novità del 2009 sarà il rilascio della nuova release 12 di ANSYS WorkBench che comporterà, in-

variabilmente, la revisione completa dei corsi per fornire, nello spirito che da sempre ci contraddistingue, la migliore formazione possibile in termini di contenuti, qualità e aggiornamento software.

Dal Libretto Corsi 2008 ereditiamo i titoli e l’impostazione per categorie di prodotto, una struttura che si è dimostrata logica ed efficace, in grado di pilotare l’utente meno esperto verso un percorso formativo ottimale. Non ereditiamo invece i contenuti: i cambiamenti della nuova release sono molteplici e si rifletteranno, immancabilmente, sul contenuto del corso erogato.

In particolare nella release 12 è stato preannunciato un significativo cambiamento nell’impostazione dell’analisi: avremo a disposizione, dalle parole della ANSYS, un nuovo strumento dedicato alla strutturazione logica delle diverse analisi possibili e dei ‘percorsi logici’ che le uniscono. Altre novità importanti sono state annunciate per i diversi pacchetti (Design Simulation, CFX, Fluent, AutoDyn, Design Modeler, …) che sicuramente avranno un notevole impatto sul contenuto dei diversi corsi.

In concomitanza con l’uscita della nuova release stiamo pensando di organizzare delle giornate di presentazione della versione 12 aperte a tutti gli utenti ANSYS WorkBench 11 che desiderino scoprire le novità e le potenzialità della nuova release. Ad oggi l’organizzazione di questi ‘mini corsi’ è sempre in fase embrionale, ma le idee non mancano insieme alla voglia di garantire ai nostri clienti sempre il massimo impegno in termini di informazione e formazione, e per facilitare, nel modo più semplice possibile, la comprensione e l’utilizzazione delle

nuove tecnologie contenute nella release 12.

Dal punto di vista organizzativo tutte le sedi EnginSoft saranno impegnate nella formazione nel 2009, dando la possibilità agli utenti di scegliere la location a loro più conveniente in termini di vicinanza geografica alla propria ditta.

Vengono quindi confermati i corsi presso la sede di Mesagne (Brindisi) e di Trento, insieme alle sedi storiche (dal punto di vista dei corsi) di Bergamo, Firenze e Padova.

Altra novità in fase embrionale ma che sicuramente avrà spazio nel futuro sono i corsi di un giorno a tema: stiamo pensando di affiancare ai corsi di formazione software, dei corsi specialistici a tema, mirati all’acquisizione di competenze progettuali specifiche.

Come si può intuire lo sforzo organizzativo richiesto è significativo, ma il momento è maturo per offrire corsi verticali che propongano strumenti di progettazione e non solo di utilizzo software. Le potenzialità e le competenze esistono, resta da vedere con che modus operandi proporremo alle ditte italiane questa nuova opportunità di acquisizione di competenze.

Tutto questo a riprova dell’impegno nella formazione che, per EnginSoft, è e rimane un punto fondamentale della politica aziendale, un impegno costante verso l’eccellenza, un servizio per fare crescere i nostri clienti e, se lo desiderano, crescere con loro.

M.Eng. Francesco Pietra ANSYS Training Manager info@enginsoft.it Per richiedere una copia del libretto dei corsi 2009 si prega di mandare un’email a: corsi@enginsoft.it

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

Education and Research for Excellence in Engineering Formazione e Ricerca per l’eccellenza in ingegneria La lunga e consolidata tradizione che vede EnginSoft fortemente impegnata in attività di formazione e ricerca si rinnova con le iniziative di Training&Recruiment Autunno 2008.

Lo scopo è quello di riconoscere e sostenere il talento delle nuove generazioni in ambito ingegneristico e tecnologico, convinti che per raggiungere l’eccellenza in questi settori non si possa prescindere dalle conoscenze specifiche che solo corsi di alto livello ed esperienze sul campo possono offrire.

Validi risultati e testimonianze in questo ambito si possono far risalire già al 1996 con il progetto IREWO (Industrial Research Worker) che, riconoscendo il bisogno di un profilo professionale nuovo, si dedicò alla creazione e promozione di una figura in grado di combinare specializzazione tecnica e creatività interdisciplinare, facendo leva su una più stretta collaborazione tra mondo accademico e industriale.

Con la stessa sensibilità e attenzione EnginSoft ha dato il suo competente contributo in seminari e progetti di ricerca finanziati a livello europeo, come il progetto di EUA4X (20052007), collabora regolarmente con

l’associazione NAFEMS, anche a livello locale con diverse sedi affiliate in Europa, ed ospita giovani ingegneri stranieri per un’esperienza “on-thejob”. Un accenno del lavoro svolto dallo spagnolo Francisco Garcia Lorente con il team di ingegneria civile è presentato in questo numero della nostra newsletter.

With the launch of the Training and Recruitment Initiative in autumn 2008, EnginSoft continues its long tradition of investing in Education and Research and its commitment to recognize and foster talent in engineering and technology thus helping to secure the next generation of simulation engineers.

EnginSoft’s strong involvement in educational and research-related activities dates back to the year 1996 and the IREWO Project.

IREWO (Industrial Research Worker) was a Leonardo da Vinci Project targeted to the pilot training of young graduates/PhD students in the CAE sector. IREWO aimed at Europe’s SMEs and their strong need for research workers with particular professional profiles, to adapt to an increasingly competitive global marketplace. The Industry Research

Worker that IREWO promoted, expressed a new model of production of knowledge and know-how, combining extreme specialization and cross-disciplinary creativity.

IREWO’s model was achieved through linked training courses and in-thefield experiences in leading-edge technologies which were usually not available at the universities.

In the context of the project, the principal coordinator, the Department of Mechanical Engineering of the University of Padova, called for closer collaborations between educational institutions and the industries, emphasizing the need to accept enterprises as full partners in education and as the major generators of knowledge and knowhow.

In the later 90s, EnginSoft introduced its Seminar Program and got involved in various educational initiatives on a European level including several EU-funded Research Projects, and partnerships and collaborations with various educational bodies, such as universities and research centres.

In the years 2005-2007, EnginSoft supported the major EUA4X Project (European Atelier for Engineering and

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phenomena of long-span suspended bridges, one of the key competences of the company’s Civil Engineering Team. A summary of the work can be found in this issue of the Newsletter.

Francisco’s engagement with EnginSoft was realized under the EUfunded Marie Curie Program.

Computational Sciences). A team of EnginSoft expert engineers and professionals was dedicated to this important initiative which was financed by the European Union Marie Curie Conferences and Training Courses and established to disseminate complementary approaches for multidisciplinary applications in the area of applied scientific computing among scientists.

EUA4X offered a European wide training environment for the development of young researchers through a coherent program of conferences, training courses, lecture series and workshops. To spread the EUA4X know-how to an even larger technical community - for a time far beyond the project period - virtual events were hosted regularly to present advance knowledge and physical phenomena of social interest.

Today, EnginSoft is a Global Corporate Member of NAFEMS whose Registered Analyst Scheme supports the worldwide analysis community in defining standards for competence, experience and underpinning knowledge that lead to the award of a formal qualification. Under its global membership, EnginSoft’s

partner offices in France, Germany, the Nordic Countries, UK, Spain and the USA are collaborating with NAFEMS locally, also attending the association’s regular educational events, such as seminars and workshops.

Throughout the year, EnginSoft hosts engineers from different countries to provide “on the job” education in various engineering disciplines. For example, Francisco Garcia Lorente, a native Spaniard, has just completed his thesis work after a period of 8 months with EnginSoft. Francisco’s work was focused on the flutter

At EnginSoft, we believe that the production of knowledge and knowhow, which is essential for achieving excellence in engineering, requires a varied offer for training courses and in-the-field experiences. We are convinced that a full understanding of new complex technologies along with a permanent development of expertise can only be achieved in a modern working environment. It is for these reasons that EnginSoft prepared a Call for its Training & Recruitment Initiative that offers both Training Courses conducted by experts with outstanding expertise, as well as On-the-job Training in various engineering disciplines at EnginSoft or its partner offices.

EnginSoft Training and Recruitment Initiative EnginSoft launches the Training and Recruiment Initiative.

Find more information on: www.enginsoft.com/school

EUCAR Materials, Processes & Manufacturing Program Board Meeting BRUSSELS, 24th September 2008 On the occasion of the last EUCAR Materials, Processes & Manufacturing Program Board Meeting that took place on September 24th 2008 in Brussels, Prof. Lars Arnberg (University of Trondheim) presented the Progress Report about the NADIA Project, coordinated by EnginSoft.

Professor Arnberg has been involved in the NADIA project since its genesis (being part of the Core Group which set up the original proposal), and he is one of the key-scientists of the Project as well as the leader of the Workpackage on Training & Education (lars.arnberg@material.ntnu.no). Thanks to his qualified role and experience, he could give a complete and excellent overview of the activities which are going on in the frame of NADIA, illustrating at the same time characteristics, topics, impacts and perspectives of our Project. (www.nadiaproject.org)

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A reliability analysis with a Monte Carlo approach using modeFRONTIER L’elevata qualità dei prodotti è da sempre uno degli obiettivi ai quali il buon progettista deve tendere.

Purtoppo però non è sempre facile ottenere design caratterizzati da elevate prestazioni, unite ad altrettanto elevati standard di qualità, affidabilità ed economia, spesso a causa della notevole complessità e della multidisciplinarietà con le quali ci si deve confrontare durante la progettazione.

Negli ultimi anni, anche grazie alla sempre crescente diffusione della simulazione virtuale unita alla potenza di calcolo disponibile, si sta cercando di adottare, fin dai primi momenti della progettazione, approcci di tipo probabilistico, in grado di prevedere in maniera più fedele il reale comportamento del sistema in esame rispetto a più tradizionali approcci puramente deterministici.

In questo articolo si descrive una possible strategia per affrontare problemi di affidabilità e previsione del livello di qualità garantito da un sistema. Si prende in esame il caso di una guarnizione di tenuta di un elettrodomestico; l’obiettivo è, in questo caso, quello di capire se il design proposto è in grado di garantire gli standard richiesti per un buon funzionamento.

Introduction The following article shows how to use in a profitable way the Design Of Experiments tools available in modeFRONTIER to perform a reliability analysis.

It is clear that, knowing the quality level of a product or a process in advance, allows the designer to eventually modify the actual design, looking for an optimized configuration to warrant the desired quality level.

Obviously, it is mandatory to have a reliable and accurate virtual model in order to predict the response of the

system and check the quality level that it can reach.

The exposed methodology can be used, for example, when dealing with a DFSS project (Design For Six Sigma) to design high quality products, or, more generally, whenever a new design has to be performed using a probabilistic approach.

Let us imagine that the design of a new washing machine requires checking the reliability of a sealing gasket. The designer suspects that the actual design is not able to reach a six sigma quality standard because the probability that the water drops out or the gasket brakes is too high.

The possible reasons of this undesired situation have been found in bad material properties and in a too high water pressure. In order to check if this statement is true or not and explore in detail the problem, it is necessary to simulate the gasket in operating conditions, measure the deformed shape and the stress state and verify if they satisfy a Six Sigma quality level.

Obviously, this could be done with an experimental campaign, but it is faster and cheaper to reproduce this investigation virtually, by means of some numerical simulations.

For sake of simplicity, the gasket has been modeled as an infinite circular holed cylinder made of a linear and elastic material, subjected to a uniform internal pressure. For this problem there is the analytical solution, which can be easily computed in terms of geometrical quantities, material properties and loads.

The gasket has been supposed to brake when the maximum von Mises stress reaches an ultimate value, which simply is a material characteristic.

The following equations report the maximum radial displacement (ur) and the maximum non-zero stress components (σr and σt) and the corresponding von Mises stress (σvM) inside the cylinder. The internal ad

external radius are a and b respectively, E and n are the elastic engineering material properties while p is the internal pressure.

An excel file collects all these equations and it is used to simulate the gasket response.

It is clear that this simple model could be substituted, without any variation in the approach to the problem, with a more realistic one, where the actual geometry of the gasket and the loads are modeled.

The gasket material properties (Young modulus, Poisson coefficient and ultimate stress) have been supposed to be normally distributed, with the following means and standard deviations.

These values could be known thanks to an experimental investigation or simply given, for example, by the material supplier.

Also the internal pressure is normal distributed, with mean of 5 [MPa] and

Table 1: The Gaussian probabilistic characterization of the material properties.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n째3

standard deviation 1.1E-1. On the contrary, the internal and external radius have been supposed to have a deterministic dimensions of 30 [mm] and 40 [mm] respectively.

In order to work properly (that is, to avoid water drops and premature failures) the gasket has to exhibit a radial deformation less than 1.5 [mm] and, obviously, a von Mises stress less than the material ultimate stress. In a Six Sigma context, these values could be seen as the Upper Specification Limits (USL) for the deformed shape and for the stress state.

The simulation should clarify if the gasket is able to satisfy a Six Sigma quality level, with reference to the above mentioned USLs, taking into account the material and load variations.

In this example there are not any lower specification limits, but of course this does not yield to any loss of generality.

Obviously, more complex systems can be considered, taking advantage of a wide variety of direct connection nodes to third-parties simulation software available in modeFRONTIER. Reliability analysis The workflow depicted in the following figure collects all the ingredients needed to simulate the gasket response. On the left the input variables (Young, Poisson, stress and Pressure), while on the right the output variables (Deformation, Stress and Result) have been placed. They have been connected to the Excel file

which computes the response of the gasket and, finally, the workflow has been completed with the DOE and scheduler nodes.

The output variable Result assumes the 0 value if at least one of the two checks (deformation and stress) are not satisfied and it allows us to monitor the number of failures out of the total number of designs.

Using the DOE node it is possible to generate a certain number of designs using the Latin Hypercube or Monte Carlo technique and run the simulation.

Once the run has finished, it is interesting to plot a histogram of the

understand that the desired reliability is not guaranteed. The upper limit for the stress distribution (23.554) is larger than the lower limit of the ultimate stress (21.066); therefore the probability to have a failure of the gasket is higher than 3.4 DPMO, corresponding to a Six Sigma quality level.

Some statistical analyses With a scatter matrix plot we can find out if there is any linear relation between variables. It is clear that, in this case, the Pressure, the Deformation and the Stress have very strong positive relations. This was expected, in view of the nature of the

Table 2: The limits that the gasket has to satisfy to meet a Six Sigma quality level.

Deformation and Stress output variables starting from the design table. The aim is to understand how these two quantities are distributed and check the reliability of the gasket.

If we analyze the Deformation distribution in a Six Sigma context, it is possible to compute the upper acceptable limit (as mean value plus six times the standard deviation) to obtain 1.485 [mm].

It is clear that this value is less than the specified limit of 1.5 [mm].

On the contrary, if the stress on the gasket and ultimate stress distributions are compared, it is possible to

equations describing the system behavior. As it can be seen, only linear (positive or negative) relations can be detected with the scatter matrix, but this does not exclude that other nonlinear relations are present between variables. To understand this aspect, note that there is a clear hyperbolic relation between the radial displacement and the material Young modulus, which could be never identified only by means of a scatter matrix.

The correlation coefficient is, as expected, closed to zero, when couples of input variables are considered; this means that the DOE generation algorithm has worked properly, generating independent designs (from a linear point of view, at least).

As shown before, the gasket does not satisfy the Six Sigma quality level because the maximum stress is too high. It is necessary to identify the variables which influence the response of the system in terms of stress and try to control their values (or distributions), in order to improve the gasket quality.

As the t-Student analyses suggest, together with the Scatter matrix, the

Figure 1: The modeFRONTIER workflow ready to run and a detail of the DOE panel.

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This could lead the designer to the wrong conclusion that a high quality level is assured by the gasket; obviously, this is not true, as shown before. When dealing with Six Sigma, a very low number of discards is tolerated (3.4 over a million) and, therefore, a very large number of simulations should be run to really check if the above mentioned quality level is actually really reached by the system.

Figure 2: Comparison between the distributions of the stress inside the gasket and the material ultimate stress.

Figure 3: The correlation matrix highlights the linear relations between the variables.

input variable which seems to more influence the stress (the largest size effect) is the pressure. The significance of the test is extremely small (practically zero) and this means that the size effect can be statistically accepted as a real effect (and not due to random causes) with a high level of confidence.

For this reason, the designer should try to understand if the operating pressure can be reduced or better controlled (with a reduction of the standard deviation) without any loss of performance; obviously, one other possible solution is also to improve the material ultimate stress, increasing its mean value or reducing the dispersion in the attempt to satisfy the Six Sigma requisites.

It is interesting to note that the result output variable could always assume the value 1 (both checks are satisfied) if a low number of runs is performed.

Conclusions This article shows how to plan a virtual campaign of experiments to check if a system is able to provide sufficient reliability and quality warranties, in a Six Sigma context.

A very simple example has been proposed, to describe the procedure which should be used in these cases.

Obviously, more complex and closer-toreality problems could be solved using the same technique.

The statistical tools available in modeFRONTIER can be employed to improve the knowledge of the system under exam, achieving a better design.

For further information on this article please email to: Massimiliano Margonari EnginSoft info@enginsoft.it Silvia Poles ESTECO poles@esteco.com

Figure 4: The t-Student analysis allows identifying the input variables which most influence the outputs.

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- Newsletter EnginSoft Anno 5 n°3

The failure behavior of glass mat reinforced thermoplastics (GMT) - optimization of the parameters slim and erods Fiber reinforced plastics (FRP) show a totally different behavior than most metals as shown in figure 1. Whereas most metals constrict after reaching their elastic limit and strengthen during plastic deformation, fiber reinforced plastics soften when their ultimate strength is exceeded because the material gets more and more damaged.

This causes strain localization at the weakest or the most loaded point of a component.

For example we can look at the Finite Element Model of a tension bar like shown in figure 2. When element A exceeds its ultimate strength the strain

which implies a high financial effort.

Another possibility is to use very small elements that are placed and dimensioned by an adaptive meshing algorithm during calculation. This leads to very high numerical effort.

A much simpler concept has been used within this work. This approach uses different parameters like slim and erods that modify the element behavior in a way that the total strain energy is equal to the fracture energy of the emerging crack. After an element has exceeded the strain and stress values controlled by the parameters slim and erods it will be deleted.

1 Different behavior of metals and FRP

2 Strain localization in a tension bar

The adoption of engineering composites for structural components in the transport industry has strongly increased in the last few years. For this reason the developers must be able to simulate the crash and impact behavior and therefore the growth of cracks of these inhomogeneous materials. in this element increases and a crack starts to grow whereas all the other elements get elastically relieved. The strain has been localized in element A. Since most energy absorbed by a part during a crash is dissipated by the development of cracks, the simulation of localization and crack development is very important. The energy absorption capacity of an element depends heavily on its volume so the results of a crash simulation depend on the element size (small elements can absorb much less energy than big ones). As shown in figure 3 the results of the simulation do not converge to reality with reducing element size.

To overcome this problem a regularization technique has to be applied.

One possibility is the use of specific interface elements in the areas where the cracks occur. The drawback of this method is that the position of the first failure and the path of the cracks must be known. For this reason, crash tests on real components must be made

For the simulation of crack development the FE software LS-Dyna was used. Its explicit algorithms in combination with a well suited material model for composite structures allow high nonlinear evaluations with erasure of elements in a comparatively short time. Figure 5 shows the model we used. The hole in the middle of the plate is necessary to get a well defined start of the crack.

Because the parameters slim and erods can not be measured, they have to be fitted to the element dimensions by comparing the results of simulation and measurement. Up to now this approximation was made manually by running several simulations with different parameters. Since there are thousands of possible combinations of the parameters this proceeding is very time-consuming and not very effective.

Therefore the use of optimization software makes sense. modeFRONTIER™, a software that provides a lot of different algorithms was able to overcome several problems

3 Not converging simulation results

very quickly. To automatise the optimizing procedure a python script that reads in the measured and the simulated data sets was implemented.

It compares the different sets and calculates few values that have to be minimized. On the basis of these values the optimization software reevaluates new parameters and reruns the simulation. After a predefined number of steps the optimization gets aborted.

The results are only few good parameters that are checked for the best compromise.

First optimizations with evolutionary algorithms showed the big capability of this approach. In less than 100 steps the software found parameter sets which reflected the measured behavior better than most manually adjusted parameter sets before. Figure 6 shows a comparison between measured curves,

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4 Effects of the parameters slim and erods

5 Simulation model and experiment sample

simulations with not optimized and with optimized parameters. The green curve reflects the good accordance between the measured curves and those of the simulation with optimized parameters.

To consider all possibilities of failure and loads we have identified 11

parameters to be adjusted and optimized for every element size. Each of these parameters gets adjusted by comparing different simple experiments with the appropriate simulations. These parameters were adjusted manually and the simulation of a complex part showed good accordance to the experiment. The next step should be to adjust these parameters by optimization and to check for the quality of the simulation results. The described work was done during a Diploma thesis at the Institute of Polymer Engineering at the University of Applied Sciences Northwestern Switzerland.

The Institute of Polymer Engineering at the University of Applied Sciences Northwestern Switzerland focuses its research on new engineering processes and technologies for the structures of advanced composite materials. The development of impact resistant structures is the area of main research.

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6 Optimized simulations vs. meassured values

For more information: www.fhnw.ch/technik/ikt Further reading: P. Fritzsche, M. Weder, I. Wyss, M. Hörmann, J. Müller, Procedure for the Simulation of Failure in Thermoplastic Composites. NAFEMS 06 P. Fritzsche, J. Müller, M Weder, CRASHWORTHINESS OF COMPOSITES FOR THE TRANSPORT INDUSTRY; SIMULATION AND EXPERIMENT, SAMPE 07

modeFRONTIER at TUBITAK-SAGE in Turkey Since July 2007, the Defense Industries Research and Development Institute – SAGE in Turkey has been applying modeFRONTIER for its research work, specifically for the integration of their wide application area covering UAV preliminary design, ballistics and turbine blade shape optimization.

Established in 1972, TUBITAK Defence Industries Research and Development Institute - SAGE, operates in three locations - METU Guidance Control Laboratory, Ankara Subsonic Wind Tunnel and Lalahan Site which is 30 km out of the city centre of Ankara. The Institute is part of TUBITAK - The Scientific and Technological Research Council of Turkey.

The main function of SAGE is to perform research and development activities for defence systems including engineering as well as prototype production, both starting with fundamental research and conceptual design. Most of the projects

are performed in coordination with linked defence institutions.

At SAGE, Management and staff believe that global collaborations are as important as national partnerships and hence aim to exchange knowledge with various partners from allied countries.

The organization’s range of activities encompasses guided and un-guided ammunition systems / subsystems, the production of strategic systems and subsystems, specific software development work, for example for fire command and control, flight simulations etc. The company also offers inspection and measurement

services along with consultancy services.

TUBITAK – SAGE’s vision and mission is to become a pioneer in the development and use of information technologies in Turkey and thus to achieve historical successes in the defence industry in collaboration with its partners around the world and national resources.

TUBITAK – SAGE and modeFRONTIER in Turkey are supported by FIGES A.S. EnginSoft's Partner in Turkey.

FIGES and EnginSoft are Founding Members of the TechNet Alliance, the Global Network of CAE Experts

TUBITAK-SAGE’s decision to use modeFRONTIER has been based on the Program’s capabilities for turbine blade optimization, internal ballistic optimization, aerodynamic optimization, flight dynamics optimization, structural dynamic optimization, material technology optimization, bung and warhead optimization, electronic design optimization, mechatronic design optimization, material technology optimization, engine dynamics optimization, which are important for the work of engineers and designers at Turkey’s leading defence research organisation.

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Why students join the modeFRONTIER University Program The modeFRONTIER University Program started one year ago with some specific initiatives dedicated to the academic community. So far, 13 modeFRONTIER training courses took place all over Europe. Almost 300 researchers and students have been trained and are currently testing modeFRONTIER. University students who attend modeFRONTIER courses benefit from the opportunity to learn how to use a state-of-the-art tool, and in this way, become more competitive in the job market, as candidates for innovative companies.

In May 2008 a modeFRONTIER training took place at University of Pisa, in cooperation with Professor Giovanni Lombardi of the Aerospace Department. So far many of his students have started a thesis project with modeFRONTIER. "I found out that a modeFRONTIER course was scheduled in my School and I thought I have to go for it" says Marco Troisi, an engineering student currently doing his thesis on vehicle aerodynamic optimization. “modeFRONTIER is a multidisciplinary optimization platform of great capabilities and I am sure that training and thesis will help me be successful in school and beyond”. Furthermore, about his job expectation he adds: "I'm sure that more and more industrial companies will consider and implement optimization techniques to improve their product design and perfomances".

PhD students and research fellows mainly explore modeFRONTIER functionalities in numerous leadingedge applications. We can meet them at International Conferences where they showcase achievements related to their research projects.

Dr Adriano Sciacovelli, Politecnico of Turin, attended a modeFRONTIER training in November 2007 and subsequently started a project concerning optimization of solid oxid

fuel cells coupling modeFRONTIER with a commercial CFD code. In October 2008 he presented his paper entitled “ENTROPY GENERATION MINIMIZATION IN A TUBULAR SOLID OXIDE FUEL CELL” at the ASME Conference in Boston USA. Students and Professors of the modeFRONTIER University Program also took the exciting opportunity of attending the TCN CAE Conference 2008, Venice 16-17 October.

Lars-Erik Gaertner, author of the paper "Coupling of modeFRONTIER v4 with Aspen Plus 2006 process simulation software to perform a sensitivity analysis of a catalytic autothermal diesel reformer system", approached modeFRONTIER while still doing his thesis at Freiberg, Germany.

“The training in Trieste in terms of academic excellence was very professional” says Lars-Erik about the modeFRONTIER academic course he attended in June 2008.

"I was impressed by the ESTECO professionals and the high quality of their mathematical and logical presentations. At any point, they were able to answer specific questions comprehensible for beginners and more

complex for advanced users”. He also adds: "I came with a couple of questions to Trieste and: “I came with a couple of questions to Trieste and left with all problems solved”.

Lars- Erik was granted a 3-month demo license and completed his degree making a stage at a chemical company in Rome, where he managed to couple modeFRONTIER and a process simulation software. During the project he benefited from Enginsoft Technical support, that he recommends: “The technical support was the best I ever encountered since I work with CAE software solutions. I know it was due to the fact that I worked for a company at the time and EnginSoft aimed at presenting their product to the industry. But still it was of great help for me and my specific tasks”.

Currently a PhD Candidate at Technical University Bergakademie Freiberg, Lars-Erik Gaertner concludes: “I think that the modeFRONTIER University Program is a smart marketing move of EnginSoft to approach future professionals in an early stage of their career”.

For more information please contact: Cristina Ancona info@enginsoft.it

modeFRONTIER Seminar at Polestar Racing AB “Finding the best” and “Win tickets to the STCC finals at Mantorp!” were the mottos of the modeFRONTIER Seminar that ESTECO Nordic, EnginSoft's partner in Scandinavia, hosted on 18th September at the state-of-the-art facilities of Polestar Racing AB. More than 30 participants from mixed backgrounds, from academia to automotive, from pharmaceutics to electronics, took the opportunity to hear about modeFRONTIER and the diverse and broad range of the technology's possible applications in various industries.

The 1-day free Seminar also put special emphasis on the application of general Optimization Methodologies into engineering projects.

For more information about modeFRONTIER in the Nordic Countries, please contact: Mr Håkan Strandberg ESTECO Nordic AB - hakan.strandberg@esteconordic.se

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modeFRONTIER Event Calendar GERMANY 30 September – 1 October 2008 – 7th LS-DYNA Forum, Bamberg. Visit the EnginSoft booth!

EnginSoft, Marco Perillo, presenting on “Structural dynamic response of a track chain complete undercarriage system using a virtual proving ground approach” www.dynamore.de 22-24 October – ANSYS Conference & 26th CADFEM Users’ Meeting 2008 darmstadtium wissenschaft kongresse Darmstadt Come and speak to us at the EnginSoft booth!

EnginSoft, Fabiano Maggio, presenting on “Multi-body simulation and multi-objective optimization applied to Vehicle Dynamics - In-plane analysis of a motorcycle front suspension” www.usersmeeting.com FRANCE EnginSoft France 2008 Journées porte ouverte Dans nos locaux à Paris et dans d’autres villes de France et de Belgique, en collaboration avec nos partenaires, TASS TNO Automotive France et CETIM. Veuillez contacter Jocelyn Lanusse, j.lanusse@enginsoft.fr, pour plus d'information, http://www.modefrontier.fr/ BELGIUM 21-22 October - modeFRONTIER Academic Training Von Karman Institute Please note: These Courses are for Academic users only. The Courses provide Academic Specialists with the fastest route to being fully proficient and productive in the use of modeFRONTIER for their research activities. The courses combine modeFRONTIER Fundamentals and Advanced Optimization Techniques.

For more information, please contact Dr. Cristina Ancona, c.ancona@enginsoft.it ITALY 14-15 October - modeFRONTIER International Users' Meeting 2008. Stazione Marittima, Trieste The bi-annual meeting and platform that brings together modeFRONTIER users from around the world and the ESTECO development team! www.esteco.com 16-17 October - TCN CAE 2008 International Conference on Simulation Based Engineering Hotel Laguna Palace di Mestre, Venice TCN CAE 2008 represents an international forum for researchers, scientists, engineers, managers dedicated to the

fields of applied computational science and engineering. http://tcncae08.consorziotcn.it On the same days, and at the same venue: EnginSoft Conference 2008 The largest CAE event in Italy hosting as well the Italian modeFRONTIER Users’ Meeting with large accompanying exhibition featuring latest software and hardware products and vendors from around the world. http://meeting2008.enginsoft.it/ ANSYS Italian Users’ Meeting 2008 www.ansys.com SWEDEN October 6-7 - ANSYS 2008 Nordic User Meeting Meet ESTECO Nordic in Göteborg! www.ansys.com TURKEY 06-07 November - 13th Conference for Computer Aided Engineering and System Modeling with Exhibition 13th ANSYS Users’ Meeting 5th MATLAB & Simulink Users’ Meeting Swissotel, Ankara modeFRONTIER product presentations as well as many studies and applications from around the world presenting different software in finite element and system modeling technologies! http://www.figes.com.tr/conference/2008/index.php CZECH REPUBLIC 18 November - Ricardo 2008 European User Conference Hotel Diplomat, Prague EnginSoft presenting on “Unifying the Piaggio 125 and 150cc engine intake systems by means of multi-objective optimization, coupling WAVE and modeFRONTIER” Please visit our booth in the accompanying exhibition! http://www.ricardo.com/softwareEUC/ For more information: info@modefrontier.eu

modeFRONTIER University Program, Training courses for academic specialists: November 24-25th, 2008, ESTECO, Trieste, ITALY November 27-28th, ENSTA, Paris, FRANCE February 4-5th, Università di Genova, ITALY To register please contact: info@enginsoft.it