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PIATTAFORMA DI SIMULAZIONE PER L'ANALISI STRUTTURALE

Diversi settori industriali si trovano di fronte alla sfida importante di produrre parti critiche per le quali deve essere garantito un elevato livello di sicurezza, combinando elevate prestazioni e la valutazione affidabile della durata del componente. Diventa essenziale prevedere accuratamente lo stato di tensione e deformazione del componente in servizio, modellare l’evoluzione del danno e stimare l'inizio e la propagazione delle cricche di fatica.

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Quali sono i vostri problemi? Come può aiutarvi la nostra simulazione?

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MIGLIORARE LA MECCANICA STRUTTURALE

La meccanica strutturale supporta la progettazione di componenti industriali ed è essenziale nelle attività di ottimizzazione del rapporto peso-prestazioni. Inoltre, facilita la messa in produzione di nuovi componenti, minimizzando gli sprechi.

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RAFFINARE L'ANALISI PREDITTIVA DELLA PROPAGAZIONE DELLE CRICCHE

Gli obiettivi sono visualizzare la mesh della superficie delle cricche e i relativi fronti di propagazione, rivedere i profili di crescita delle cricche in funzione del numero di cicli di fatica e mappare i valori del rilascio di energia o i fattori di intensificazione degli stress lungo ciascun fronte di propagazione.

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ESTENDERE LE CAPACITÀ DI MODELLAZIONE DEI MATERIALI

Z-set consente la simulazione di materiali innovativi e sostituisce i test reali dei componenti, riducendo costi e tempi e permettendo di esplorare in modo efficiente nuove soluzioni progettuali.

RISOLUZIONE DI PROBLEMI MECCANICI STRUTTURALI NON LINEARI

Il risolutore agli elementi finiti Zébulon affronta una vasta gamma di problemi di meccanica strutturale. Zébulon gestisce efficientemente problemi statici impliciti e dinamici transitori, fungendo anche da risolutore per analisi modali.

Le non linearità derivanti da modelli materiali, trasformazioni finite o attrito da contatto sono gestite efficacemente attraverso una vasta gamma di risolutori non lineari. Questi risolutori offrono un controllo completo sui parametri di convergenza fisica e numerica.

Per i modelli multi-fisici più complessi, Zébulon presenta anche capacità di accoppiamento con software esterno, integrando ad esempio software fluidodinamici o software radiativi.

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Simulazione di un assemblaggio bullonato

PREVEDERE CON PRECISIONE IL PERCORSO E LA CINETICA DI PROPAGAZIONE DELLE CRICCHE

Simulazione di propagazione delle cricche

L’utilizzo dello strumento Z-cracks fornisce un framework generale ed efficiente per l’analisi delle cricche in 3D, comprendente sia il calcolo statico del fattore di intensificazione degli stress dovuto alle cricche (SIF) che simulazioni di propagazione in modo misto. Z-cracks riduce significativamente il tempo impiegato dall’utente per analizzare vari scenari di innesco della cricca.

Caratteristiche e funzionalità dell'interfaccia grafica utente Z-cracks per simulazioni di frattura:

  • Visualizzazione e analisi della mesh della superficie delle cricche e dei relativi fronti di propagazione.
  • Visualizzazione del dominio iniziale fratturato e rimodellato e dei relativi fronti di propagazione.
  • Revisione dei profili di crescita delle cricche in relazione al numero di cicli di fatica.
  • Tracciatura dei valori del rilascio di energia o dei fattori di intensificazione degli stress lungo i fronti di propagazione specificati.
  • Visualizzazione di un grafico 3D del fronte di propagazione specificato, durante la simulazione di propagazione della cricca.
 

STIMARE LA DURATA DEL COMPONENTE

Attraverso la modellazione tridimensionale agli elementi finiti, equazioni costitutive realistiche consentono di determinare le distribuzioni di stress e deformazione nel componente. Queste equazioni, adattate ai risultati sperimentali, possono gestire visco-plasticità ciclica, incrudimento, scorrimento viscoso, invecchiamento e altri comportamenti meccanici. Successivamente, modelli di danneggiamento che incorporano l'interazione tra scorrimento viscoso e fatica sono applicati in fase di post-elaborazione nell'analisi agli elementi finiti per individuare potenziali siti di inizio del danneggiamento e stimare la durata del componente.

Per migliorare la capacità previsionale delle catene di simulazione della vita di un componente, è quindi necessario prendere in considerazione questi fenomeni di invecchiamento nel modello costitutivo del comportamento del materiale. D'altro canto, procedure sperimentali estese, incluse le prove di durezza per diversi tempi di invecchiamento, prove di fatica a basso numero di cicli (LCF) e prove di fatica termo-meccanica (TMF), devono essere progettate e utilizzate per calibrare questi modelli di materiali. Z-mat propone una raccolta di modelli e strumenti per la previsione dell'evoluzione dell'invecchiamento e la simulazione del suo impatto sul comportamento meccanico del materiale.

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Strumenti di post-elaborazione avanzati

 

SETTORI INDUSTRIALI COINVOLTI

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Z-SET PER L'AERONAUTICA

Z-set è uno strumento chiave nell'industria aerospaziale per garantire la qualità di parti critiche, come componenti di motore o cambio, che sono esposti ad elevati gradienti termici o meccanici, anche ciclici, che coinvolgono fatica, scorrimento viscoso e propagazione delle cricche.

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Z-SET PER L'AUTOMOTIVE

Z-set è utilizzato da produttori di punta in tutto il mondo per migliorare la durata dei componenti del motore. Viene impiegato per vari scopi, come la previsione delle tensioni residue nella testata di un motore a combustione interna o l'integrazione di fenomeni di invecchiamento nel modello costitutivo delle teste dei cilindri in alluminio nel motore.

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Z-SET PER LE MACCHINE PESANTI

La modellazione meccanica di componenti in ghisa grigia è una sfida complessa, specialmente quando sono sottoposti a condizioni di carico termo-meccanico non isotermico. La libreria Z-mat offre una gamma di modelli che considerano deformazioni elastoplastiche e processi di scorrimento viscoso dipendenti dal tempo.

Caso di studio: elicotteri Airbus

Sfida

Gestire la propagazione di cricche di fatica in componenti del cambio per elevate potenze, sottoposti a trattamenti termo-chimici specifici e operanti in servizio ad elevate velocità di rotazione.

SOLUZIONE

Implementazione di simulazioni del modulo Z-cracks lungo l'intero ciclo di vita del prodotto per prevedere e gestire l'innesco delle cricche, garantendo sicurezza, affidabilità e definizione di intervalli di ispezione efficaci per questi componenti critici.

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TESTIMONIANZA

"Il plugin Z-cracks, con il suo processo automatico di remeshing incrementale adattativo, la sua capacità di gestire la propagazione e la coalescenza di cricche multiple, il contatto ai bordi delle cricche e la dipendenza dal gradiente di materiale dalla legge di propagazione, rappresenta lo stato dell'arte degli strumenti di simulazione dell’innesco e propagazione delle cricche in 3D. Presso Airbus Helicopters, è considerato il miglior compromesso: è in grado di affrontare la completa propagazione delle cricche alla scala del componente industriale, contenendo nel contempo i costi computazionali. È diventato uno strumento standard per la valutazione della sicurezza e la previsione della vita residua in componenti critici del cambio degli elicotteri."
Pierre   DEPOUHON, ETITA - ESPERTO IN SIMULAZIONE AVANZATA DEI SISTEMI DI TRASMISSIONE, Francia