Femap è uno dei migliori modellatori FEM in circolazione. Permette infatti di lavorare con la geometria realizzata con qualsiasi CAD 3D e di utilizzarla come base per la costruzione del modello ad elementi finiti.
Femap possiede strumenti per l’idealizzazione della geometria come la possibilità di estrarre il piano medio dei corpi in piccolo spessore per modellarli con elementi shell.
Grazie alla Meshing Toolbox l’utente ha sempre a portata di mano gli strumenti necessari per gestire la geometria e la mesh e ottenere il dettaglio desiderato dal modello.
Femap offre un ventaglio completo di opzioni per applicare al tuo modello le condizioni di carico e vincolo più simili al funzionamento reale del tuo progetto.
Qualunque sia il CAD 3D che utilizzi per progettare, Femap è in grado di leggerne la geometria e di utilizzarla per costruire il modello FEM.
Femap è infatti capace di importare accuratamente la geometria realizzata dai principali software CAD 3D: NX, Solid Edge, SolidWorks, Creo. Inoltre dispone di interfacce robuste per leggere formati di scambio standard come STEP, Parasolid, Iges, che ti consentono di analizzare progetti creati ad esempio con Catia o Rhinoceros.
Grazie alle References, Femap riesce a individuare i cambiamenti apportati al tuo progetto e può proporti di aggiornare la geometria delle parti modificate.
Questo ti permette di poter utilizzare in qualsiasi momento la geometria del tuo progetto, cominciando dagli studi preliminari fino alle verifiche finali, minimizzando lo sforzo per mantenere aggiornato il modello a elementi finiti.
Motore Parasolid
Trattamento della geometria
Femap utilizza il motore Parasolid, la solita piattaforma utilizzata da CAD 3D come Solid Edge, NX e SolidWorks, per gestire la geometria di superfici e solidi.
Grazie a Parasolid, Femap dispone delle solite funzioni di modellazione geometrica 3D tipiche dei CAD, che permettono di costruire e modificare superfici e volumi.
Ma Femap non è un CAD 3D ma un preprocessore FEM completo, pertanto possiede anche numerose funzioni specifiche per semplificare le parti e idealizzare la geometria, per rendere la geometria idonea alla modellazione ad elementi finiti.
Ad esempio, puoi rimuovere automaticamente i dettagli della geometria (smussi, raccordi, fori) che non sono necessari per l’analisi, oppure concatenare tra loro una serie di curve per rendere omogenea la ripartizione di elementi, oppure attaccare tra loro una serie di superfici per approssimare la geometria e evitare zone di concentrazione di elementi.
Tutti questi strumenti ti permettono di controllare il livello di dettaglio del tuo modello, concentrando gli sforzi di modellazione sulle zone di maggiore interesse.
Con Femap è possibile estrarre automaticamente il piano medio dei corpi in piccolo spessore per la modellazione con elementi shell.
Creazione della mesh
Meshing Toobox
Femap dispone di un pannello dedicato alla creazione della mesh che si chiama Meshing Toolbox. In questo pannello trovi tutti i principali comandi per semplificare la geometria e per generare automaticamente la mesh.
Attraverso la Meshing Toobox puoi rimuovere i dettagli geometrici indesiderati, puoi concatenare tra loro curve e superfici per approssimare la geometria, puoi inserire dettagli geometrici come washer e pad per controllare la discretizzazione nell’intorno dei fori, puoi aumentare o diminuire al volo il numero di divisioni lungo una curva e molto altro.
Il comando Quality Check della Meshing Toolbox ti permette di controllare graficamente la qualità degli elementi del modello e, nel caso, correggere al volo la posizione dei nodi per migliorare gli indicatori di qualità.
Con il comando Washer della Meshing Toolbox è possibile creare una griglia mappata intorno ai fori sia su elementi shell che solidi.
Elementi monodimensionali
Elementi Beam
Femap supporta anche la creazione di elementi trave per creare modelli con componenti snelli per i quali l’utilizzo di elementi solidi porterebbe a modelli troppo pesanti o ingestibili. Le travi in Femap consentono di rappresentare elementi monodimensionali con le relative proprietà di inerzia.
Femap dispone di tutti gli strumenti necessari per definire correttamente le caratteristiche della trave (sezione, momenti d’inerzia, offset rispetto all’asse neutro…) per rappresentare correttamente la struttura. In alternativa è possibile determinare le proprietà d’inerzia e l’asse neutro direttamente dalla geometria CAD, oppure utilizzare forme memorizzate nella libreria delle sezioni personalizzabile.
È possibile “sbloccare” i singoli gradi di libertà alle estremità della trave (release dof) per modellare correttamente il collegamento tra le parti (cerniera, carrello, incastro perfetto, …). L’operatore può vedere in qualsiasi momento la rappresentazione 3D della sezione per valutare il corretto posizionamento e orientamento delle travi nella struttura.
Verifica strutturale di una gru a bandiera con elementi beam.
Modellazione di gusci e piastre
Elementi shell
Nella modellazione FEM, uno degli elementi più versatili è sicuramente l’elemento shell (guscio). Questo tipo di elemento permette di modellare efficacemente tutti quei componenti possiedono uno spessore piccolo rispetto all’estensione della parte. Casi tipici di parti modellate a shell sono le lamiere piegate, le parti di carpenteria elettrosaldata realizzate con piastre e rinforzi, ma anche certe parti lavorate dal pieno che possono essere comunque assimilate a gusci.
Femap permette la modellazione di gusci e piastre con gli elementi shell. L’uso di questi elementi per schematizzare le parti di piccolo spessore permette sia di ottenere modelli FEM molto accurati che di contenere il numero di nodi ed elementi rispetto all’uso degli elementi solidi.
Il mesher automatico di superfici di Femap è molto veloce e affidabile e permette di realizzare rapidamente la griglia con elementi quadrangolari e triangolari dalle superfici CAD. Inoltre il programma ti consente la costruzione di nodi ed elementi partendo anche che con comandi di modellazione FEM manuale (estrusione, rivoluzione, sweep), che estraendo le facce degli elementi solidi. Ovviamente puoi utilizzare tutti questi approcci contemporaneamente nel solito modello. Questo ti garantisce pertanto massima flessibilità e controllo sulla costruzione del tuo modello ad elementi finiti.
Quartus Engineering ha utlizzato Femap nella progettazione dello Space Ship One.
Libreria completa
Elementi Solidi
Per tutte quelle parti che non possono essere schematizzate efficacemente con elementi Beam e Shell, Femap mette a disposizione una libreria completa di elementi solidi per costruire la mesh. Oltre all’elemento Tetraedro Parabolico, presente nella maggior parte dei modellatori FEM, Femap permette la costruzione anche con elementi Esaedrici, il famoso Brick.
È noto come gli elementi Brick siano da preferire rispetto ai Tetraedri in quanto sono allo stesso tempo più accurati e permettano di schematizzare le parti con un numero significativamente inferiore di gradi di libertà. Femap permette la costruzione automatica di mesh con elementi Brick partendo dalla geometria CAD. Grazie ai comandi di modellazione geometria, molte geometrie complesse possono divise in solidi più semplici che possono essere agevolmente meshate con Esaedri con un singolo click del mouse. In alternativa si possono costruire gli elementi Brick con comandi manuali come estrusione, rivoluzione, sweep.
Quando questo non possibile perché non tutte le parti possono essere ricondotte a geometrie schematizzabili con i Brick, Femap consente la creazione di mesh miste che sono formate contemporaneamente da elementi Tetraedro Parabolico e Esaedro Lineare, interponendo tra le due griglie uno strato di elementi Piramide Ibrida, che permette la compatibilità e la continuità della mesh.
Modello FEM con elementi solidi realizzato da Ener Consulting con Femap.
Elementi speciali
Parametri concentrati
Molto spesso risulta comodo sostituire una parte meccanica con una sua rappresentazione idealizzata a parametri concentrati. In questa maniera è possibile considerare il suo contributo in termini di inerzia e rigidezza in maniera compatta, senza dover realizzare tutta la mesh di dettaglio del componente. Questo è il caso di componenti di commercio come le molle e i cuscinetti, o di masse aggiunte che gravano sulla struttura ma che non collaborano alla resistenza della stessa.
In Femap è disponibile una libreria completa di elementi a parametri concentrati come molle, elementi BUSH (che permettono una ampia personalizzazione delle caratteristiche nei 6 gradi di libertà), masse concentrate, matrici di inerzia. Alcuni di questi elementi supportano caratteristiche non-lineari, che possono essere definite in funzione del carico (per analisi non-lineari) o della frequenza (per analisi di risposta dinamica).
In questa maniera puoi schematizzare efficacemente il comportamento fisico del tuo prodotto utilizzando i dati reali dei componenti che lo costituiscono.
Uso dei parametri concentrati per schematizzare masse e cuscinetti.
Schematizzazione dell'interazione tra i componenti
Collegamenti tra le parti
Femap mette a tua disposizione un’ampia gamma di elementi e funzioni per gestire il collegamento tra le parti.
Puoi utilizzare l’accoppiamento automatico associare le parti con relazioni di contatto o incollaggio. Questo tipo di collegamento funziona sia con gli elementi soldi che con gli elementi shell.
Oppure puoi schematizzare viti e bulloni mediante l’utilizzo di elementi BOLT, ai quali puoi associare anche il valore del precarico.
Inoltre puoi creare collegamenti nodo-nodo o imporre relazioni cinematiche tra zone del modello mediante elementi rigidi RBE2 e RBE3.
Tutte queste opzioni ti permettono di schematizzare accuratamente l’interazione tra i componenti del tuo assieme.
Collegamento tra le parti di un assieme con contatto e bulloni precaricati, realizzato da Exnovo con Femap.
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