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Analisi degli elementi finiti (FEA) | Metodo (FEM) e modellazione

Ogni modello dell'analisi agli elementi finiti richiede un modello di materiale calibrato per ogni materiale da simulare. Il team di supporto tecnico di 3M è pronto ad aiutarti rispondendo alle tue domande su modellazione e simulazione.

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Metodo degli elementi finiti (FEM): sviluppo di modelli di zone coesive per adesivi e nastri 3M™

  • Uomo seduto a una scrivania
    Cos'è l'analisi degli elementi finiti?
    • La modellazione di elementi finiti è uno strumento che gli ingegneri utilizzano nella progettazione di prodotti in ogni settore. Un ingegnere creerà un rendering 3-D di un assemblaggio con il software per elementi finiti e definirà ogni materiale di interesse.

      Al fine di eseguire simulazioni per prevedere le prestazioni, il modello 3-D definisce le geometrie delle parti, la loro relazione reciproca e le proprietà dei materiali. Queste proprietà sono ben definite per metalli, plastica e altri materiali tecnici standard.

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  • Analisi degli elementi finiti per la valutazione degli incollaggi adesivi per veicoli ferroviari

    A differenza dei metalli, i PSA sono viscoelastici e le loro proprietà sono sensibili alla frequenza e alla temperatura. Ciò richiede test avanzati per creare dati che descrivono quale sarà la risposta meccanica a carichi, temperature, geometrie, e così via.

    3M è in grado di caratterizzare questi materiali sensibili alla frequenza e alla temperatura e fornirli in un formato compatibile con una varietà di software di modellazione degli elementi finiti. Questi modelli di materiali possono essere utilizzati per prevedere il comportamento meccanico in un'analisi degli elementi finiti.
    Le proprietà meccaniche convenzionali, come il modulo di Young e il rapporto di Poisson, anche se ottenute a velocità e temperature rilevanti, non catturano accuratamente il comportamento degli adesivi PSA. Di conseguenza, 3M ha sviluppato delle Material Data Card (MDC) che sono disponibili per i comuni materiali 3M in un formato pronto per l'uso per numerose applicazioni software FEA disponibili in commercio.

    Attualmente, possiamo offrire una scheda MDC per qualsiasi adesivo PSA di 3M compatibile con Abaqus, ANSYS MAPDL, ANSYS Workbench e LS Dyna.


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Webinar sull'analisi degli elementi finiti

Webinar 3M per i fornitori OEM del settore ferroviario.

Dalla caratterizzazione sperimentale alla modellazione e simulazione computazionale

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  • Metodo degli elementi finiti (FEM): analisi avanzata della fatica e della durata

    Spesso i problemi impegnativi dell'ingegneria non possono essere risolti utilizzando l'analisi, mentre i test su componenti reali di solito richiedono molto tempo e denaro o sono semplicemente troppo difficili da eseguire. Ciò è particolarmente vero per la valutazione dell'integrità strutturale di intere carrozze ferroviarie, vagoni o grandi sottocomponenti di tali strutture.

    Tuttavia, con l'aumento delle prestazioni dei computer, le tecniche di simulazione numerica come il metodo degli elementi finiti (FEM) possono essere applicate per la soluzione approssimativa di problemi tecnici. Il FEM è il metodo numerico più utilizzato per la risoluzione di equazioni alle derivate parziali relative a problemi ingegneristici che altrimenti non sarebbe possibile risolvere. Il metodo FEM suddivide un grande sistema in parti più piccole e semplici chiamate elementi finiti. Lo studio o l'analisi di un fenomeno con il metodo FEM viene spesso definito analisi degli elementi finiti (FEA).

    Oggi l'analisi FEA è uno strumento di analisi consolidato ed essenziale per i calcoli tecnici in molte discipline sia all'interno che all'esterno dell'ambito operativo di 3M. Utilizzando l'analisi FEA insieme a semplificazioni e ipotesi appropriate, anche strutture estremamente complesse come interi veicoli ferroviari possono essere valutate per le loro prestazioni strutturali, integrità e resistenza agli urti come richiesto dagli standard di settore DIN EN 12633 (Requisiti strutturali delle carrozze dei veicoli ferroviari) e DIN EN 15227 (Requisiti di resistenza alla collisione per carrozze di veicoli ferroviari). Un altro importante standard del settore che è particolarmente dedicato all'incollaggio adesivo di veicoli ferroviari e delle relative parti è lo standard DIN 6701, vedere [1], che è formato da quattro parti. La terza parte, DIN 6701-3, tratta specificamente delle linee guida per la costruzione, progettazione e valutazione degli incollaggi adesivi sui veicoli ferroviari.

    È necessaria una valutazione della resistenza dell'adesivo, che può essere eseguita mediante FEA. In un senso più generale, anche questo fa parte della nuova norma DIN 2304-1, vedere [2], che non è limitata all'industria ferroviaria. Tutto questo è fondamentale per stabilire ulteriormente le tecnologie di incollaggio adesivo nel settore ferroviario e aiutare a consentire costruzioni multimateriali e con un design leggero come studiato nel progetto ULWAK, al quale ha preso parte 3M, vedere [3].

    Da un punto di vista dell'efficienza computazionale, è possibile eseguire la valutazione della forza adesiva per incollaggi elastici tipo gomma di alto spessore (cioè maggiori di 1,5 mm). Tuttavia, è quasi impossibile eseguire simultaneamente la valutazione della forza adesiva per incollaggi sottili (cioè inferiori a 1,0 mm) con una risoluzione dell'elemento accettabile sullo spessore dell'incollaggio a causa delle enormi differenze nelle dimensioni dei componenti del vagone ferroviario e negli spessori dell'incollaggio. Una delle sfide maggiori è legata al trasferimento dei carichi e delle condizioni limite dall'intero sistema a un sottosistema più piccolo.


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White paper sull'analisi degli elementi finiti

Fai clic di seguito per scaricare il nostro white paper sull'analisi degli elementi finiti. Il white paper è suddiviso in 6 aree chiave: Introduzione, tie-break, modellazione del continuo, modellazione della zona coesiva, validazione del modello e conclusione.

SCARICA ORA IL WHITE PAPER SULL'ANALISI FEA (PDF - 935 KB)
  • Definizione di un modello di materiale appropriato

    Un'altra sfida è la definizione di un modello di materiale appropriato per l'adesivo. Per ottenere risultati affidabili tramite FEA è fondamentale avere a disposizione modelli accurati per tutti i materiali coinvolti nel problema. Tali modelli di materiali, a volte indicati anche come schede dati dei materiali, descrivono il comportamento meccanico del materiale reale e idealmente catturano i principali effetti fisici identificati da prove e caratterizzazioni adeguate dei materiali.

    Ogni modello dell'analisi agli elementi finiti richiede un modello di materiale calibrato per ogni materiale da simulare. È possibile utilizzare diverse tecniche per determinare i parametri del materiale necessari. Tutte queste tecniche richiedono dati di test sperimentali e la selezione di un modello di materiale appropriato. Segue una procedura per la determinazione dei parametri per il modello dai dati sperimentali, ovvero la calibrazione, verifica e validazione del modello rispetto ai dati sperimentali. La convalida può essere eseguita sulla base di un test T-peel o di un test di taglio a giro singolo. Al termine si è sicuri che il modello si comporta bene secondo le ipotesi assunte.

    Il team di supporto tecnico globale di 3M è pronto a supportarti con le risposte alle tue domande sulla caratterizzazione, modellazione e simulazione degli adesivi. Abbiamo sviluppato capacità di test e simulazione all'avanguardia per adesivi strutturali e sensibili alla pressione che ci consentono di modellare e prevedere prestazioni, danni, guasti, influenza sullo smorzamento delle vibrazioni (NVH) per la riduzione del rumore delle ruote, vedere [4], e molte altre applicazioni.


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