Simcenter 3D è un ambiente di simulazione multidisciplinare, costruito sul cuore di un modellatore molto potente che si chiama Engineering Desktop e sul quale vengono innestate funzionalità di analisi strutturale, dinamica, durability, additive, elettromagnetismo, compositi, analisi termiche, fluidodinamica, acustica.
 
Rispetto agli strumenti tradizionali Simcenter 3D essendo basato su un motore geometrico che di fatto è derivato dal CAD NX, permette, grazie all’associatività tra modello geometrico e modello a elementi finiti, un processo CAE più veloce. Il fatto di avere un’unica piattaforma, un unico modellatore che gestisce tutte le discipline, permette di passare facilmente da un tema all’altro, dall’analisi strutturale all’analisi dinamica, ma anche all’analisi termica e fluidodinamica con dei workflow guidati che aiutano il progettista, l’analista a eseguire queste simulazioni.
 
Simcenter 3D, inoltre, è un ambiente aperto, usa i propri solutori per fare l’analisi, ma può essere utilizzato anche in abbinamento ad altri software di Analisi FEM come per esempio Ansys piuttosto che Abaqus per beneficiare di tutte queste tecnologie di modellazione e di simulazione multidisciplinare in un ambiente eterogeneo che non necessariamente deve essere soltanto basato sulla piattaforma Siemens.
 
Ciò che differenzia Simcenter 3D dagli altri software è il fatto di beneficiare della tecnologia sincrona di Siemens e dell’associatività tra modello geometrico e modello FEM. È possibile fare modifiche importanti alla geometria mantenendo l’associatività del modello con un semplice comando update. Lavorando su una geometria che non è nativa, questa geometria può essere importata da altri ambienti che non sono necessariamente Siemens, con Simcenter 3D è possibile fare questo tipo di operazioni e di modifiche geometriche direttamente sul modello. Questo si traduce all’atto pratico non solo nel fatto di avere un’analisi iniziale più rapida, quindi accorciare il tempo di creazione della prima analisi, ma soprattutto il fatto di poter aggiornare molto più rapidamente il modello FEM durante le iterazioni di risoluzione dei problemi o di ottimizzazione delle prestazioni del prodotto.

Highftech è una piccola azienda modenese nata nel 2000.
È nata con lo scopo di fornire un supporto alle grosse aziende aerospaziali per lo sviluppo di sistemi meccanici.
Il punto di partenza sono le specifiche del cliente, arrivando poi a progettare, costruire e qualificare sotto sistemi meccanici che possono essere utilizzati sulla stazione spaziale, su moduli lunari o su satelliti.
 
In genere si parla di payload scientifici, che hanno lo scopo di realizzare esperimenti in microgravità, sulla terra non potrebbero essere fatti, che vengono svolti sulla ISS, l’International Space Station.
 
Quindi sostanzialmente Highftech lavora per i più grossi player aerospaziali europei. Poi grazie all’esperienza acquisita in questo settore ad alto contenuto tecnologico realizza anche progetti di ricerca in settori più strettamente industriali, sfruttando l’esperienza che deriva dal settore Space.

Qual è la problematica principale del nostro settore? Nel nostro settore spesso ci troviamo a sviluppare dei sistemi partendo quasi da un foglio bianco, con la necessità di costruirne un esemplare e quell’esemplare deve funzionare. Senza avere la possibilità, naturalmente, di testarlo al 100% nel vero ambiente, perché naturalmente a terra si possono fare dei test di simulazione, ma non si riesce a riprodurre esattamente le condizioni di lavoro in orbita e soprattutto ne dobbiamo appunto costruire uno senza avere spesso la possibilità neanche di fare manutenzione dopo la sua messa in funzione, quindi manca tutta la parte di messa a punto del prodotto che si ha invece nell’industria più tradizionale, dove si fanno i prototipi, si provano e si va a utilizzare il prodotto di conseguenza.
 
Quindi l’unico strumento che abbiamo per poter verificare la bontà della nostra progettazione è la simulazione. Sia a livello di analisi strutturale che termiche che termomeccaniche. In particolare per quanto riguarda le analisi strutturali abbiamo diversi environment che spesso dobbiamo valutare per la verifica strutturale da un aumento a terra, relativi al carico di trasporto e di endling di integrazione, poi ci sono gli environment di lancio e gli environment in orbita.
 
Tutti questi environment poi vanno combinati tra loro, va considerato anche l’accoppiamento termomeccanico con le controparti, dobbiamo garantire spesso il funzionamento anche in caso di Single Failure, quindi dobbiamo simulare anche tutte le possibili rotture per applicare il cosiddetto approccio Fail Safe, cioè in caso di rottura, per esempio, di una vite tutte le altre devono poter continuare a sostenere il componente senza perdita di funzionalità.
Quindi la quantità di analisi da fare anche su piccoli componenti o su semplici strutture è molto lunga.
 
In campo dinamico abbiamo naturalmente requisiti sulle frequenze proprie e naturalmente sull’integrità strutturale sotto carico dinamico, in genere dovuto ai carichi di lancio, quindi abbiamo degli spettri di Random o di Sign da dover applicare per verificare la funzionalità dei sistemi. Si parte dalle analisi delle frequenze proprie e si va poi ad analizzare nel dettaglio cosa succede durante l’applicazione dei carichi dinamici. Abbiamo spesso dei gradienti termici anche molto importanti che quindi implicano dover studiare anche gli accoppiamenti con contatto delle varie parti, proprio perché le dilatazioni termiche possono essere significative. Si arriva a temperature anche sotto il -100°.
 
Oltre all’analisi strutturale, abbiamo problematiche di scambio di calore, quindi sfruttando la piattaforma che consente appunto analisi multidisciplinari e anche la fluido-termodinamica può essere analizzata all’interno di Simcenter, consentendo di dimensionare non solo dal punto di vista strutturale, ma anche dal punto di vista termico componenti come per esempio le cold plate che sono usate spesso nel nostro settore, proprio perché mancando la convenzione naturale spesso ci sono problemi di raffreddamento anche delle unità elettroniche, dei motori che vengono utilizzati.

Perché Simcenter? Noi abbiamo sempre avuto problematiche da dover affrontare con solutore di tipo Nastran, proprio perché nel settore Aerospace è quasi mandatario utilizzare questo solutore, e spesso, in passato, molte delle attività erano legate alla preparazione partendo dal modello CAD per realizzare le mesh, per poter fare poi le analisi per implementare le modifiche e per ottimizzare la struttura.
 
Per di più la non completa interdisciplinarietà delle analisi rendeva il tutto ancora un po’ più complicato, quindi nell’ottica di velocizzare il pre-post e l’analisi dei risultati, di verificare condizioni anche complesse appunto come la Fail Safe, quindi andare a togliere le viti più sollecitate per simulare la loro rottura.
 
Simcenter 3D si è rivelata essere una soluzione molto efficiente per tutto questo tipo di attività, in particolare noi spesso utilizziamo mesh a shell, soprattutto nella fase di ottimizzazione della struttura, perché consentono di variare elementi come lo spessore velocemente, che però hanno necessità di una preparazione dei dati CAD un po’ più lunga.
 
Per concludere, qui riassumo brevemente i vantaggi della piattaforma che abbiamo scelto:

• Integrazione CAD-CAE che risulta molto potente
• Compatibilità col mondo Nastan, un pre-postprocessor completo che appunto permette anche velocemente di applicare le modifiche che si rendono necessarie dalle varie analisi
• Simulazione multidisciplinare, per cui la fluidodinamica e l’analisi strutturale possono essere combinate sugli stessi modelli

È possibile fare analisi termiche di PCB e componenti elettronici, magari anche con modelli specifici per i componenti come 2R o Delfi?
Sì, per questo tipo di analisi esistono anche dei Tool specifici che permettono di fare l’analisi, sia l’analisi termica dei sistemi elettronici che in particolare l’analisi termica dei sistemi spaziali, quindi sono strumenti verticali che automatizzano anche la definizione delle caratteristiche termiche, in particolare c’è un modulo che permette di importare i disegni CAD elettronici e da questi automaticamente Simcenter 3D costruisce il modello 3D termico di una PCB con tutti i componenti installati sopra pronto per girare.
 
È possibile avere qualche informazione più sul discorso di poter modificare le geometrie, quelle importate per creare nuove configurazioni per il FEM? In genere, gestire le geometrie importate è molto difficile e crea danni.
Ci sono due scenari importanti:

• Faccio l’analisi, vedo che la risposta del sistema del modello magari non è in obiettivo, decido di fare delle modifiche direttamente all’interno di Simcenter 3D per migliorare le prestazioni.
  Questo riesco a farlo grazie al motore geometrico di NX che usa la tecnologia sincrona di Siemens che è una tecnologia di modellazione diretta che mi permette di fare comandi come sposta faccia o dove non necessariamente devo cambiare un unico dettaglio, ma posso raggruppare zone del modello e apportare delle modifiche sostanziali e questo è uno scenario. Quindi ho la libertà di modificare la geometria dentro Simcenter 3D e alla fine quando ho ottenuto il componente che rispetta le prestazioni desiderate posso esportare uno step e un parasolid, lo restituisco ai disegnatori che procedono poi all’industrializzazione.




• Ho il modello di elementi finiti dell’assieme, arriva il cliente e mi dice guarda che i componenti sono cambiati e li devo sostituire in un modello già esistente.
  Ecco in questo caso con Simcenter 3D c’è un comando di sostituzione delle parti che automaticamente va a fare una scansione della morfologia della parte e va a ripetere quei comandi di semplificazione e defeaturing che ho fatto sulla parte originaria.

Rispetto a Femap quali sono i pro e i contro?

Allora comincio subito con il contro che è il prezzo. Nel senso Simcenter 3D è uno strumento che si colloca su una fascia superiore rispetto al Femap, però con le nuove politiche commerciali di Siemens è possibile avere licenze in abbonamento che di fatto lo rendono accessibile anche alla piccola e media impresa.
 
Per quanto riguarda i pro, oltre a quelli che abbiamo già visto legati alla velocità di gestione della geometria, le cose principali che lo differenziano rispetto a Femap sono: l’associativa CAD-FEM, ma soprattutto il fatto di avere accesso a tutte le discipline multi fisiche, quindi la dinamica, la termo-fluidodinamica, il multi-body, l’elettromagnetismo, l’acustica, grazie a una formula di licenza che prende il nome di licenza token, dove si hanno a disposizione tutte le discipline. Quindi in base a un plafond di token disponibili sul server si possono utilizzare praticamente tutte le discipline, tutte le fisiche disponibili in Simcenter 3D.
 
Il grosso vantaggio è quello di poter avere praticamente tutti i pacchetti della piattaforma disponibili nei limiti appunto dei token che uno ha acquistato.