Questo è il primo episodio della serie dedicata ad OptiAssist per Simcenter 3D.
Cominciamo oggi introducendo una delle principali novità della nuova versione di OptiAssist, ovvero la tecnologia RDM. Il Reinforcement Derivation Method permette di individuare facilmente la posizione migliore dove introdurre i rinforzi per irrobustire una struttura esistente.
 
Il secondo episodio è dedicato all’ottimizzazione delle strutture in piccolo spessore modellate con elementi shell, possono essere parti a spessore costante come le lamiere o geometrie a spessore rastremato come le parti in stampato in plastica. Vedremo dei casi applicativi per queste due situazioni.
 
Nel terzo parleremo di una peculiarità di OptiAssist, ovvero l’ottimizzazione delle strutture in composito, nel rispetto dei vincoli tecnologici. Questa è una caratteristica unica di OptiAssist, che lo ha reso molto popolare tra i team di Formula 1 e di Coppa America.

OptiAssist è uno strumento sviluppato da GRM Consulting, una società inglese specializzata nella progettazione e ottimizzazione delle strutture in composito. GRM è fornitore di servizi e di tecnologie di ottimizzazione per i principali team di Formula 1 e Coppa America, giusto per citare due ambienti in cui c’è una continua ricerca delle prestazioni del prodotto e dei componenti.
 
Questa esperienza ha portato allo sviluppo di OptiAssist, una serie di strumenti che semplificano a monte tutto il processo di definizione degli studi di ottimizzazione strutturale e a valle l’interpretazione dei risultati dell’ottimizzazione. Di fatto OptiAssist si propone con un’interfaccia grafica molto semplice è un pannello nel quale si possono selezionare le entità del modello FEM del quale voglio migliorare le prestazioni meccaniche e impostare facilmente studi di ottimizzazione molto complessi. Per questo motivo OptiAssist non può funzionare da solo, ma ha bisogno di appoggiarsi a un software FEM strutturale dotato di funzioni di ottimizzazione. In particolare esistono varie versioni di OptiAssit, OptiAssist per Genesis, OptiAssist per Simcenter 3D, OptiAssist per Abaqus.
 
Tra gli strumenti messi a disposizione da OptiAssist per Simcenter 3D ci sono:

• Ottimizzazione topografica
• Ottimizzazione degli spessori
• Ottimizzazione Free Size
• Shape optimization
• Ottimizzazione dei compositi
• Reinforcement Derivation Method o RDM

Una cosa importante di OptiAssist per Simcenter 3D è che tutti questi strumenti sono abilitati e accessibili all’interno di un modellatore FEM, di un modellatore CAE, che è basato su un motore CAD geometrico, per cui tutte le modifiche geometriche suggerite dall’ottimizzazione diventano poi di facile implementazione all’interno di Simcenter 3D, o perlomeno è più facile implementarle rispetto ad altri ambienti.

Per introdurre questa tecnologia, va prima introdotto il concetto di ottimizzazione topologica che è uno degli ingredienti dell’RDM. L’ottimizzazione topologica è una tecnologia consolidata, l’ottimizzatore topologico, come quello di Simcenter o Genesis permette di sintetizzare la forma di una struttura rimuovendo dal volume dello spazio di progetto il materiale che collabora meno alla deformazione del sistema. Di fatto è qualcosa di applicabile a livello concettuale e nelle primissime fasi del progetto.
 
Una volta ottenuta questa forma concettuale, tipicamente la geometria viene poi passata all’ambiente di modellazione CAD, in questo caso sempre dentro Simcenter 3D ho a disposizione tutti i comandi di modellazione geometrica, per cui posso alla fine realizzare il costruttivo del componente ottimizzato, rientrare nell’ambiente FEM ed eseguire l’analisi strutturale di verifica e delibera finale del progetto.
 
La topologica viene tipicamente utilizzata quando sono “all’inizio” e ho la massima libertà creativa all’interno dello spazio di progetto, ma cosa succede quando lo spazio di progetto è già definito? E quante volte capita di dover eseguire uno studio, fare delle modifiche e dei miglioramenti quando il progetto è già in uno stato molto avanzato?
Questo succede più spesso di quanto non ci si possa immaginare.
Per prima cosa l’analisi agli elementi finiti anche su la prima verifica che faccio su un componente, riesco a farla quando ho la geometria delle parti e dell’assieme, questo vuol dire che alcuni componenti vengono necessariamente dimensionati sulla base dell’esperienza a causa delle interfacce di montaggio, degli spessori e dei vincoli tecnologici. Questo vuol dire mettere dei paletti al progetto e limito l’eventuale spazio di ottimizzazione che ho a disposizione.
 
Un altro caso tipico è quando si tratta di parti o sottoassiemi che per questioni tecniche, economiche, di opportunità sono banalmente un carry-over da un progetto precedente, ma sono dei componenti che non sono stati pensati specificamente per quella nuova applicazione, quindi non è detto che funzionino bene come nel prodotto precedente.
 
Un altro caso che ci capita molto di frequente, in qualità di consulenti, è quello di andare a mettere una pezza su un prodotto esistente e questo può succedere per tanti motivi, perché ci si è accorti di problemi strutturali sul prodotto che devono essere risolti su una macchina già esistente, già realizzata, il prototipo, addirittura il prodotto che deve essere consegnato al cliente o anche perché il cliente inizialmente era stato progettato bene, ma in corso d’opera sono cambiate le specifiche, i carichi sono più alti oppure cambiano dei componenti di commercio che pesano di più e quindi cambiano le frequenze di risonanza. In altre parole da un momento all’altro ci ritroviamo con il progetto congelato, ma siamo fuori target e dobbiamo trovare la strada per rientrare in obiettivo con le prestazioni.
 
Infine, diciamo il percorso più virtuoso, è quando stiamo progettando una macchina nuova, come adattamento, come una macchina derivata da un’architettura precedente e vogliamo al contempo migliorare le prestazioni meccaniche senza stravolgere l’architettura, intervenire solo dove serve e magari anche al contempo trovare la maniera di ridurre gli spessori per contenere i costi.
 
Una soluzione che permette di intervenire rapidamente ed efficacemente in tutti questi contesti è appunto il Reinforcement Derivation Method di OptiAssit.

Quali sono i benefici dell’RDM?
Per prima cosa il Reinforcement Derivation Method è un processo automatico, standardizzabile, ripetibile che può essere realmente inserito nella progettazione allo scopo di guidarne le scelte.
 
Il fatto poi di poter utilizzare l’ottimizzazione topologica anche nelle fasi avanzate dello sviluppo del prodotto, sia per risolvere problemi strutturali che soprattutto per migliorare le prestazioni quando il progetto è già definito a livello di forme, permette di ottenere il massimo risultato con il minimo sforzo.
 
Infine l’ottimizzazione strutturale tramite l’RDM consente un concreto accorciamento dei tempi di sviluppo del prodotto, sia in fase preliminare usandolo per ottimizzare la struttura, come veicolo per semplificare la costruzione dei modelli di ottimizzazione topologica, che per l’evoluzione del progetto.
 
Grazie all’uso dell’RDM quindi è possibile individuare soluzioni intelligenti per migliorare e innovare il prodotto. Dal punto di vista dell’azienda questi benefici si traducono in una riduzione dei costi di sviluppo o una mitigazione dei rischi e in sostanza un aumento dei margini di profitto. Di fatto è un tipo di tecnologia che può essere applicata a livello progettuale e che garantisce un vantaggio competitivo alle aziende.

Quali sono i prerequisiti di OptiAssit per Simcenter 3D?
Dipende dal tipo di studio che si vuole svolgere, nel caso dell’RDM è necessario avere attivo il modulo di ottimizzazione topologica. Questo può essere attivato sia come modulo a se stante, con una licenza a se, che è accessibile attraverso i token dei solutori di Simcenter 3D, pertanto se si hanno abbastanza token per attivare l’ottimizzazione topologica si possono eseguire analisi RDM con OptiAssist. Per altri tipi di ottimizzazione, quella dei compositi o quella degli shell, sono necessari altri prerequisiti.
 
Si può usare OptiAssist anche se non si possiede un ottimizzatore?
La risposta è no, perché OptiAssit per funzionare si appoggia ad un ottimizzatore, ad un solutore supportato, che può essere Simcenter 3D o anche lo stesso Genesis.
 
Che tipo di vincolo tecnologico è supportato da RDM e dall’ottimizzatore topologico?
I vincoli supportati sono diversi, abbiamo visto il vincolo di simmetria e anche il vincolo di estrusione lungo una direzione, a questi si aggiungono la simmetria ciclica, che permette di ottenere la solita forma alle due estremità dello spazio di progetto, il vincolo di fusione casting, che tende ad addensare il materiale nel cuore e definendo una direzione di sformo permette di evitare i sottosquadri, per ultimo l’additive manufaturing, in cui usa delle regole di costruzione geometrica che sono tipiche delle tecnologie additive.