Molti componenti meccanici sono caratterizzati da avere spessore piccolo rispetto alle altre dimensioni del corpo, ma perché ci interessa estrarre le superfici medie dei corpi solidi nella modellazione FEM? Intanto per motivi di efficienza, il modello a shell è molto più leggero da gestire e da far girare rispetto a un modello solido. Per analisi complesse come quelle di vibrazioni o su grandi assiemi di carpenteria o lamiere, analisi non lineare ecc. l’efficienza del modello FEM è fondamentale. Inoltre, i modelli a shell lo spessore della shell è un parametro, questo è molto comodo in fase di dimensionamento e di ottimizzazione. Possiamo lanciare rapidamente un modello a spessore modificato mentre se la mesh fosse stata solida chiaramente il processo sarebbe stato più lungo e più oneroso. In oltre c’è la questione dell’accuratezza, quando un corpo solido è in spessore molto piccolo rispetto alle altre dimensioni come ad esempio quello visibile in questa slide, una mesh a solidi finirebbe molto probabilmente ad avere un solo elemento nello spessore, a meno di non scendere a dimensioni di mesh microscopiche. Avere un solo elemento solido nello spessore tipicamente degrada l’accuratezza del modello dal punto di vista numerico, specialmente per quanto riguarda il comportamento a flessione.
Le sfide che abbiamo, le difficoltà che abbiamo nel creare modelli a superfici medie sono intanto quando si devono gestire geometrie complesse, un conto è estrarre la superficie media di una semplice lamiera, un conto è un macchinato aeronautico, sempre come questa figura o magari un pezzo stampato in plastica. Queste geometrie poi sono spesso caratterizzate da spessori variabili e l’assegnazione dello spessore corretto alle varie zone del modello è un processo che anche quello porta via tempo e magari si presta anche a errori. Quando invece si lavora su assiemi di parti a piccolo spessore connesse fra loro ad esempio un assieme saldato in carpenteria le superfici medie delle varie parti del giunto non sono continue tra loro, basta pensare a due lamiere giuntate a T, mentre invece in un modello FEM quello che vogliamo è che la mesh possibilmente sia monolitica, ossia connessa nodo su nodo. Questo sarà più chiaro quando vedremmo uno degli esempi che ho preparato per voi.