Anno 2011 - n° 3

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Anno 2011 - n° 3
Year 8 n°3 Autumn 2011
SPECIAL
T
SUPPLEMEN
EASIT2: a Competence
Framework for the
Analysis and
Simulation Industry
Simulare ed ottimizzare
il processo di stampaggio
a freddo di viterie
Reducing Emissions of PCDD/F in
Sintering Plant: Numerical and
Experimental Analysis
EnginSoft Contributes
to the Reduction
in Aircraft Engine
Fuel Consumption
(Project ERICKA)
Performance termo-fluidodinamiche e
d’illuminazione di due tipologie di lucernari
Earth Breathing in Response to Underground
Gas Storage Revealed by InSAR Measurements
and Predicted by a Transversally Isotropic
Geomechanical Model
EnginSoft Interviewed
Mr. Matteo Cova,
Engineer at SACMI
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
3
EnginSoft Flash
At EnginSoft, we are where our customers
are. While we offer several different
technologies and complementary services,
we always keep the big picture in mind: the
needs of industry and the accuracy,
reliability, applicability of the different
software products.
During the year, our experts screen existing
and new technologies. We are always up to
speed and want to provide only the best to
our customers. At the same time, we
constantly adapt our consulting, support
and training offers to have a most Ing. Stefano Odorizzi
complete service package in place for the EnginSoft CEO and President
user.
Once a year, the EnginSoft International Conference and
the ANSYS Italian Conference bring together all this
knowledge, engineering expertise and software know-how
to a melting-pot where our customers update us on what
they expect from the software vendors, from EnginSoft and
ANSYS!
This Newsletter gives a Conference preview: We ask our
readers to refer to the overview of the technical talks that
will be presented on 20th and 21st October. The list of
speakers is growing day by day. The program contains
many highlights and outstanding topics from users from
industry, the academia and research.
Our Plenary Session features presentations from highlyesteemed keynote speakers who will update us on the
global use and importance of CAE today.
A Geomodelling Workshop complements the opening part
of the program. It will highlight, among other themes, the
geological deposition of sedimentary basins and their
reconstruction, challenges that are of paramount
importance to identify areas which can potentially host
hydrocarbon reservoirs in the future. The program also
offers a Workshop on Eco Building and how CAE
technologies nowadays support the integrated design of
sustainable buildings. A third workshop addresses the
Design of Structures with Composite Materials.
This Edition presents announcements of our Conference
Sponsors to pre-inform our readers on the state-of-the art
software and hardware products which will be showcased
in the exhibition.
Articles this time include a case study on
reducing emissions of PCDD/F in a sintering
plant and the use of modeFRONTIER as a
numerical and experimental analysis tool.
Prof. Giuseppe Gambolati of University of
Padova outlines earth breathing in response
to underground gas storage. We hear about
the impact of thermo-fluid-dynamics in the
development of industrial lighting and the
impact on heating, ventilation and costs.
Our in-depth study describes cold forging
simulation and process optimization with
ColdForm. Gruppo Ferroli inform us about
their use of MAGMASOFT and MAGMAfrontier.
Our software news features the Forge 2011
Release Notes.
We update our readers on EnginSoft’s role in the ERIKA
and EASIT2 Research Projects and our collaboration with
NAFEMS for the latter. Our interview this time presents Mr
Cova, Engineer at SACMI and some of his views on
innovation and CAE. We report from the 12th International
Summer School on Light Alloys Castings and look out on
the next seminars and conferences with our Event
Calendar.
Recently, the Trends & Challenges in Computational
Mechanics-TCCM 2011 Conference took place in Padua, in
Honor of Professor Peter Wriggers’ 60th Birthday. Our
readers are invited to hear more about one of the world’s
leading scientist in this field on the following pages.
The Japan Column informs us about the CDAJ Numerical
Analysis Academy, a seminar program that delivers the
highest quality technical information to modeFRONTIER
Users in Japan. We also learn about the spirit of WA in the
Japanese culture and the importance of teamwork and
community effort.
…these thoughts also accompany our team while closing
this Edition and preparing for the Conference on 20th and
20st October.
EnginSoft and ANSYS Italy look forward to welcoming you
to Verona!
Let us share our knowledge and enthusiasm for CAE,
simulation and innovation!
Stefano Odorizzi
Editor in chief
4 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Sommario - Contents
CASE STUDIES
6
15
Reducing Emissions of PCDD/F in Sintering Plant: Numerical and Experimental Analysis
Performance termo-fluidodinamiche e d’illuminazione di due tipologie di lucernari
RESEARCH & TECHNOLOGY TRANSFER
19
21
EnginSoft Contributes to the Reduction in Aircraft Engine Fuel Consumption as a Partner of the FP7
European Project ERICKA
EASIT2: a Competence Framework for the Analysis and Simulation Industry
IN DEPTH STUDIES
23
26
Earth Breathing in Response to Underground Gas Storage Revealed by InSAR Measurements and Predicted
by a Transversally Isotropic Geomechanical Model
Esperienze di simulazione di stampaggio a freddo di acciaio con presse automatiche multi stazione: l’ottimizzazione di processo come strumento per ottenere le migliori prestazioni e la massima qualità
SOFTWARE NEWS
34
FORGE 2011 Release Notes
TESTIMONIAL
37
FERROLI: Passione, Professionalità, Dedizione
INTERVIEWS
38
EnginSoft Interviewed Mr. Matteo Cova, Engineer at Sacmi
JAPAN CAE COLUMN
40
41
CAE Seminars in Japan, “CDAJ Numerical Analysis Academy”
和 “WA” - Exploring the True Meaning
The EnginSoft Newsletter editions contain references to the following
products which are trademarks or registered trademarks of their respective owners:
ANSYS, ANSYS Workbench, AUTODYN, CFX, FLUENT and any and all
ANSYS, Inc. brand, product, service and feature names, logos and slogans are
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ESAComp is a trademark of Componeering Inc.
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(www.transvalor.com)
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(www.thirdwavesys.com)
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LS-DYNA is a trademark of Livermore Software Technology Corporation.
(www.lstc.com)
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(www.optimalsolutions.us)
Grapheur is a product of Reactive Search SrL, a partner of EnginSoft
(www.grapheur.com)
For more information, please contact the Editorial Team
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
Newsletter EnginSoft
Year 8 n°3 - Autumn 2011
EVENTS
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TRENDS & CHALLENGES IN COMPUTATIONAL
MECHANICS: A Conference in Honour of Peter Wriggers’
60th Birthday
12th International Summer School on “Light Alloys
Castings: from Innovative Design to Advanced
Applications”
Seminario sulla Tomografia Computerizzata
EnginSoft Event Calendar
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CONFERENCE 2011
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PAGE 6 REDUCING EMISSIONS OF PCDD/F
IN SINTERING PLANT: NUMERICAL AND
EXPERIMENTAL ANALYSIS
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PAGE 23 EARTH BREATHING IN RESPONSE
TO UNDERGROUND GAS STORAGE
REVEALED BY INSAR MEASUREMENTS AND
PREDICTED BY A TRANSVERSALLY
ISOTROPIC GEOMECHANICAL MODEL
RESPONSIBLE DIRECTOR
Stefano Odorizzi - [email protected]
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The EnginSoft NEWSLETTER is a quarterly
magazine published by EnginSoft SpA
Autorizzazione del Tribunale di Trento n° 1353 RS di data 2/4/2008
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6 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Reducing Emissions of PCDD/F in
Sintering Plant: Numerical and
Experimental Analysis
The sintering operation in integrated steelworks is one of the
main sources for the production of polychlorinated dibenzop-dioxins, polychlorinated-dibenzo-furans, NOx and SOx. In
the present study, the operating conditions, through which a
reduction in emissions can be achieved, were defined
through numerical analysis. The following process parameters
were evaluated: gas temperature, quantities of chlorine and
copper and additions of hydrated lime, sulphur and urea.
Using the optimization software modeFRONTIER, a virtual
surface that can reproduce the actual process of sintering
was created. Moreover the application of filtering to
postsintering gas, such as electrostatic precipitator and
wetfine scrubber, yielded a reduction in emission values
down to the limits stated by the international protocol
Aarhus.
Keywords: Iron ore sintering, Dioxin emission, Numerical
analysis, Process optimization
List of symbols
Cl chlorine rate
CO carbon monoxide
CO2 carbon dioxide rate
Cu copper rate
DoE design of experiment
DOF design objective function
ESP electrostatic precipitator
Lim maximum value of the output
min. minimum value of the output
MOGA multiobjective genetic algorithm
MOGT multiobjective games theory
Moi moisture
NOx nitrides
NSGAII non-dominated sorting genetic algorithm
O2 oxygen rate
PCDD polychrorinated dibenzo-p-dioxins
PCDF polychrorinated dibenzo-furans
rate air flowrate
RS response surface
S Sulphur rate
SOx sulphides
Twbox windbox temperature
Twleg windleg temperature
TCDD 2,3,7,8,-tetrachlorodibenzo-p-dioxin
TEF toxic equivalency factor
TEQ toxicity equivalent
Wb windbox number
WS wetfine scrubber
Introduction
Process description
The process of sintering to improve the physical and chemical
properties of iron ore for use in blast furnaces is well
documented [1–5]. The agglomeration process gives rise to
many different physical and chemical phenomena.
During heating, the following main steps can be
distinguished:
• around 100°C, drying of the mixture; at higher temperatures, the water of crystallization is removed
• between 600 and 800°C, the first agglomeration of fine
particles into a porous material takes place, and the swelling grains adhere weakly to each other
• above 1000°C, the grains soften, and the physical and
chemical conditions lead to the completion of the agglomeration process.
At the end of the grate, a sinter breaker reduces the sintered
material to the desired size [6]. Here, PCDD/Fs form in the
presence of carbon containing materials [7,8]; the process is
favoured by the presence of specific organic compounds or a
carbonaceous matrix sand source of chlorine and oxygen,
plus increased temperatures (200–800°C; at higher
temperatures, PCDD/Fs will rapidly decompose). It was
observed that the presence of catalytic metals (Cu) can be
essential at modest temperatures [9].
In the sinter bed, basically three layers can be recognized:
raw material (wet and cold), the burning front and the cool
down zone, consisting of sintered material. In this region,
the products of incomplete combustion surviving the heat of
the burning front may condense, while the temperature is
high enough to enable reactions with species in the raw
materials acting as catalysts. Furthermore, the native carbon
containing materials may react via the so called “de novo
route”.
During sintering, conditions are encountered wherein dioxins
can be formed and, for some parts, survive [10].
Emission formation
The gas temperature inside the windbox and windlegs is
lower (100–500°C) compared to the sintering grate; such
conditions lead to the optimal physical and chemical
conditions for the formation of pollutants, such as PCDD/F,
NOx and SOx [11]. Both PCDDs and PCDFs are persistent stable
organic pollutants formed in all those high temperature
processes with an abundance of organic material in the
presence of chlorine and copper. Dioxins and furans are
chlorinated tricyclic organic compounds resulting from the
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
combination of organic compounds impregnated with
halogens (i.e. fluorine, chlorine, bromine or iodine) with a
specific molecular heterocyclic structure [12]. A deep and
complete thermodynamic description of the PCDD/F
formation has been presented by Tan et al [13]. These
compounds are commonly grouped under the name ”dioxins”,
but their chemical structures and their properties can be very
different.
Dioxins are a class of heterocyclic organic compounds whose
basic structure consists of rings with four carbon and two
oxygen atoms. On the other hand, furans have only one
oxygen atom (Fig. 1), and the two outer benzene rings are
linked by a pentagonal structure. Among the 200 types of
7
Multiobjective analysis
In the present study, a broad range of processing parameters
affecting the development of PCDD/Fs in the sintering
process has been evaluated. The main aim was the possible
reduction of dangerous emissions through numerical and
experimental analysis, allowing the definition of the optimal
conditions for the minimisation of pollutants. The employed
multiobjective optimisation software is modeFRONTIER,
Fig. 1 - Polychrorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzo-furans structure
Fig. 3 - modeFRONTIER (mF) operative optimization flow
Fig. 2 - 2,3,7,8,-tetrachlorodibenzo-p-dioxin structure
known dioxins, the most famous are certainly the PCDD,
characterised by the presence of chlorine atoms that will
complement the aromatic rings.
The chemical stability of such compounds derives from the
presence of these rings. The most dangerous of dioxins, for
serious problems of bioaccumulation and environmental
contamination, is certainly TCDD (Fig. 2).
A detailed description of their formation is presented in the
literature [14-16]. The PCDDs are generally measured in terms
of TEQ relative to TCDD as a reference, being the most
polluting and dangerous. The poly dibenzo-dioxins have
different toxicities in relation to their structure. The TEQ
expresses the quantity of a “toxic” substance as the
concentration of the reference substance that can generate
the same toxic effects of TCDD. It is also possible to obtain
the concentration of a PCDD with its toxic equivalency
through the use of the TEF. The TEF for TCDD is assigned equal
to 1, while the other dioxins have a factor of <1. This
dimensionless parameter, multiplied by the actual
concentration, results in the TEQ.
The World Health Organization has identified the seven most
toxic PCDDs and the 10 most toxic PCDFs, giving them an
international toxic equivalency factor (equation (1))
through which a set of input parameters, governing the plant
and the production process, were defined. They were
evaluated on the basis of an optimization algorithm chosen
for the multiobjective analysis (Fig. 3).
Starting from a database, built by employing experimental
and literature data, a computational model (n-dimensional
virtual surfaces) capable of reproducing at best the actual
process was developed. The analysis performed led to the
minimization of the output variables (PCDD/F, NOx and SOx).
For PCDD/F, it was necessary to apply a filtering system in
Fig. 4 - Workflow of analysis
8 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Fig. 5 - Dioxin emission in sintering plan monitored in present study: data
are compared with levels indicated by Aarhus protocol17 and European
legislation
order to obtain quantities of emissions below the legal limit
of 0.4 ng I-TEQ/N m3 as required by the Aarhus protocol
17–21 required by the Aarhus protocol [17–21].
Experimental and numerical procedure
Work definition
The sintering process is outlined in the workflow through the
analysis carried out by modeFRONTIER, as shown in Fig. 4.
The workflow is divided into data flow (solid line) and logic
flow (dotted line), which have a common node, i.e. the
calculator node, in which mathematical functions and
chemical reactions representative of the process are
introduced. In the data flow, all the input parameters are
Tab. 1 - Example of database
grouped; such input parameters should be optimized during
numerical simulations as a function of the multiobjectives (in
the present case, the reduction of emissions). In the present
case, the following input parameters are considered and then
introduced:
• number of the windbox: progressive value that indicates
in which windbox there was a known level of emissions;
• gas temperatures in the windbox and windlegC
• percentage of O2, CO2, CO and Moi inside the windbox that
affects the development of PCDD/F22;
• exit gas rate (in m s-1): it appears to be an important
parameter because it defines how long the gas remains
within the windbox [23];
• Cl and Cu: both elements improve the production of
PCDD/F, although in different ways; chlorine is a key
component of the structure of PCDD/F, and depending on
the number of atoms on the rings, it defines the hazards
and toxicity; copper is a strong catalyst and thus fosters
a series of chemical reactions, leading to the
development of PCDD/F [19,20];
• addition of S, according to the following three ways:
through gas SO2 added to the combustion gases, by the
addition of coal containing sulphur with more impact
than the previous case of pollutants SO2, in the form of
sulphur based reagents added to crude oil [24];
• addition of urea, which has a dual effect of inhibition: it
can act on the urea functional groups by blocking some
surface complexes and thereby reducing the availability
of catalytic metal sites and can coat the surface of the
particulates and prevent chemical reactions [25-28];
• addition of hydrated lime: capable of increasing the
economic productivity of sintering; it is demonstrated to
be a good suppressor of PCDD/F [29-31]; normally, HCl
reacts with oxygen to form water and Cl2; the lime
reduces the atmosphere of chlorination by setting HCl in
CaCl2, which has the lowest vapour pressure between the
various metal chlorides [32].
The analysis of the sintering process was performed on a
sintering plant (Dwight-Lloyd) belonging to an Italian steel
company. The emissions levels in the past years before the
study are shown in Fig. 5 and compared with the Aarhus
protocol and the European legislation.
Each windbox was equipped with thermocouples (k type) in
order to monitor the off-gas temperature during sintering.
The flue gas composition was
monitored according to EN1948
parts 2 and 3, EN1948 SS
(sampling standards, Wellington
Laboratories),
EN1948ES
(extraction standards, Wellington
Laboratories) and EN1948IS
(injection standards, Wellington
Laboratories) by employing a high
resolution gas chromatograph and
a high resolution selective mass
detector.
The output variables (PCDD/F, NOx and SOx) define a
multigoal analysis and have been minimized, taking into
account some constraints or limitations typical of the actual
process of sintering. At this stage, the nodes that make up
the logic flow of numerical analysis are defined. The first
node is the DoE, which is a set of different designs
reproducing different possible working conditions, among
which the most effective ones are highlighted. Therefore, it
means creating a set number of designs that will be used by
the scheduler (the node where the best algorithm is
introduced) for the optimisation. Depending on how this
space is filled, the designs, defined by the scheduler, are
more or less truthful. Therefore, the choice of the DoE is to
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
be assessed correctly. In the present case, an appropriate
method of assessment proposed by mode FRONTIER was used,
i.e. ‘reduced factorial’. This method is characterised by the
independence between all the considered variables, and it
allows the creation of a space design that can start covering
all the different possible configurations and more easily
achieve the
optimum.
The second node filters the input experimental data; the
filtering is possible by employing three types of different
algorithms. Such algorithms are MOGA II, MOGT and NSGA II.
The MOGA is set to obtain a fast convergence to the Pareto
9
curve, supports the geographic selection and directional
crossover and allows the simultaneous assessment of
independent design. The MOGT is based on the competitive
game theory by Nash linked to the simplex algorithm. It is
particularly suitable for studies with many constraints, highly
non-linear objectives. It finds a compromise solution (Nash
equilibrium) from a small number of rating points.
The NSGA II is based on the crossing over method.
The different performances of all the available algorithms
were analyzed; NSGA II was found to be the most suitable for
this kind of study. The main reasons are the possibility to
analyse a large number of input parameters and to produce a
series of designs able to investigate all the possible
combinations of input parameters in a broad range of
conditions. A number of generations equal to 10 or 100
(depending on the test) and a probability of crossover equal
to 0.9 were set. The main features of the NSGA II are the
following:
• the allowance of continuous (real code) and discrete
variables (binary code);
• allowing user defined discretization;
• the method of handling constraints does not use the
parameter penalty;
• the implementation of elitism for multiobjective research;
• the diversity and distribution of the solutions are
guaranteed without the use of sharing parameters;
• the allowance of the competitive assessment of the n
independent variables.
Multiobjective analysis
By continuing the analysis, the core work flow is defined,
which, in the present case, is a specific RS, which proves to
be the only node common between logical and data flow.
Generally, in this kind of analysis, the heart of the
optimisation is represented by a series of equations of
chemical and physical nature of a given resolution to get the
desired output. In the present case, all this information is
not clear due to the complexity of the process, and so it was
decided to employ the methodology of response surfaces.
Optimization software allows the following different kinds of
RS. For each output variable to be minimised, it is necessary
to create a response surface. The analysis starts from a
database built with data of operating conditions of the
sintering plants obtained from experimental measurements
and other related values found in the literature.
Fig. 6 - NOx, SOx, dioxin versus windbox and temperature
Database construction
The database was built by introducing the input parameters,
the corresponding output for each working condition
experimentally analysed and the physical correlations
between the different conditions. The global employed
database consists of 578 different designs; an example of
input and output parameters is shown in Table 1.
Of the 578 starting designs, 572 were used to generate
metamodels, while six designs were employed as designs of
control to verify the affordability of the response surfaces.
The choice of these six was taken in order to get the right
10 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Fig. 7 - NOx, SOx, dioxin versus urea and windbox
Fig. 8 -NOx, SOx, dioxin versus hydrated lime and windbox
information on the entire range of existence of the output
variables. The designs of control are the following:
ID=126; low value of PCDD/F, low NOx, SOx low
ID=184, average value of PCDD/F, low NOx, SOx high
ID=269, average value of PCDD/F, low NOx, SOx average
ID=346; low value of PCDD/F, high NOx, SOx low
ID=501; high value of PCDD/F, low NOx, SOx low
ID=534, mean PCDD/F, high NOx, SOx low.
generating a surface, and with this method, it is possible to
choose the degree of the polynomial interpolation with
which the different information can build a virtual model.
Radial basis function (RBF) is a powerful tool for the
multivariate interpolation of scattered data. The term
‘scattered data’ means that the points of training should not
be sampled on a regular grid because RBF is a correct method
without the use of mesh. Since the RBF interpolant is a
response surface, it passes through the points of training.
With this method, a policy of fully automatic scaling based
on the minimization of the mean ‘leave one out’ is
implemented. Through a scale parameter, the shape of the
radial function can be determined. The leave one out method
is an effective way to control the efficiency of interpolating
a response.
In the present study, six response surfaces that are best
suited to deal with multiobjective optimization were
obtained. The six response surfaces are a function of the
chosen response surface.
The characteristics of each family of RS are as follows. Single
value decomposition (SVD) is the simplest method for
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
11
information on the error between
the created surface and the real
distribution of the starting
design. In this way, it was
possible to find the average and
maximum relative and absolute
error, regression and principal
value of the error.
Tab. 2 - Input parameters
Tab. 3 - Windbox optimum design no. 19
Neural network (NN) is one of the most powerful and efficient
methods of interpolation. Inspired by the structure and
functions of the human brain, NNs can learn from a training
set proposed by the user. The interpolating function is
usually a sigmoid function. An NN may generate non-linear
relationships between input and output variables. The
network that is generated consists of a sequence of hidden
layers of neurons allowing the creation of relationships
between input and output variables. One of the problems
occurring with the use of NNs is overfitting.
The next step is to evaluate the performance surface and use
them as a node operator in our workflow.
The available tools are the ones offered by modeFRONTIER,
such as the response surface methodology (RSM) distance,
the RSM residual and the RSM function plot. Initially, the tool
RSM distance, allowing to assess graphically the distance
between the real values provided by the database and those
generated by the virtual meta-model, was employed. The
virtual profile is very close to that of the actual design but,
in some cases, cannot reflect it perfectly. The difference is
greater with respect to the SVD surfaces. The situation
improves with the NN. At first glance, using such a tool, the
best Dioxin_RBF_0 and Dioxin_NN_1 were found, but in this
case, a more detailed analysis is necessary.
With regard to the NOx variable, the same kind of analysis
was performed. The two SVD surfaces cannot play the best
sequence of real design. It can be concluded, then, that the
choice falls on the type RBF or NN, which are more efficient.
In addition, for the SOx, the same kind of analysis was
performed.
The surface SOx_SVD_0 cannot cover the design that has a
high value of SOx, and it behaves better in the case of a
design with smaller values. This leads to the formation of a
poor surface for higher values of this parameter.
This first analysis led to the realization of how poorly
performing the SVD_0 surface for all three output variables
was, but not to narrow the field to the point of making a safe
choice. Therefore, the second tool provided by mF or residual
RSM was employed. This provides graphical and numerical
Optimization procedure
For the areas related to PCDD/F,
the numerical value of the
regression is about the same
(close to 0.99). For the mean
error, the order of magnitude is
10-3, except for areas where NN_1
e RBF_0 decreases to 10-4. At this
point, they must be considered
the maximum and average error, both absolute and relative.
The maximum error is the same for all RS, improving slightly
as it rises from the SVD to the NN. Instead of evaluating the
average error, the known lowest values are those of the RBF
surfaces that decrease to orders of magnitude of 10-2/10-3.
Observing the error, both absolute and relative, the surface
method appears to be the most powerful. By performing the
same analysis on the NOx variable, it was observed that the
poorer areas are the SVD with residual high values.
Furthermore, it shows how the lowest levels of residues are
those of the two surfaces of RBF type. The most powerful, at
least limited to this tool, seems to be the surface NOx_RBF_0.
Finally, the same analysis was made to the output SOx
variable. In the same way, it was found that the best is the
SOx_RBF_0.
The last tool to be used is the RSM plot function, which
allows us to understand how the surface reconstructs a
pattern of the three outputs as a function of the input
variable.
After the analysis of all the areas carried out through three
different tools proposed in the design space of the mF panel,
the optimal condition of the analysis can be chosen for each
of the three output variables. The choices are the following:
• PCDD/F5Dioxin_RBF_0
• NOx5NOx_RBF_0
• SOx5SOx_RBF_O
The choices lead to the use of RBF type surfaces with the
MultiQuadrics Hardy’s radial function. In fact, by looking at a
distance, only the RSM distance and the RSM plot function,
the RBF surfaces are very good.
The contribution of residual RSM leads to the choice of RBF_0
permanently. At the beginning of the analysis,
modeFRONTIER generates the space of DoE following the
Tab. 4 - Emissions of three best designs
12 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Tab. 5 - Parameters fixed for all windboxes
Tab. 6 - Temperature fixed in windboxes and windlegs
reduced factorial method. Then, these designs are
transformed by the NSGA II algorithm. The new designs
created by mF fill all the ranges of analysis. These designs are
introduced in the response surface that has been set in the
first step of the study. In this way, the mF generates a
determined number of working parameters, which lead to a
particular emission value. At this point, the user has to
choose the set of input that produces the lower emission
value for each output, considering the physical constraints
and the legal limit.
Results and discussion
Before starting to analyse the results of numerical
simulation, the influence of input parameters should be
evaluated. Concerning the gas temperature in the windbox
and windleg, it must be noted that their trends are very
similar and differ only from 30 to 50°C; the last box can
reach even higher temperatures, up to 500–550°C.
As shown in Fig. 6, the PCDD/F distribution has the maximum
value around windbox no. 19, while the amount of emissions
remains low in the first part of the sinter bed and in the end.
When the gas temperature is higher than 500°C, the amount
of PCDD/F is reduced.
For NOx emissions, the maximum value is in windbox no. 7,
while the maximum value of SOx is in windbox no. 16.
The role of sulphur in the reduction of emissions in the
sintering can be noted. In all three ways previously observed,
there has been a reduction of PCDD/F, especially in the
Fig. 9 - CO2, O2, CO and moisture versus windbox
second case, and it is probably due to the presence of SOx in
flue gas. It is believed that these sulphides can be converted
to SO2, reducing the chlorine in HCl.
The influence of urea is very important in the reduction of
polluting emission. In particular, the emissions levels are
reduced as the urea levels increase.
For the PCDD/F, it occurs by means of physical deposition or
by poisoning the catalytic sites (Fig. 7).
A positive finding of urea in the reduction of SOx and NOx
emissions, by up to 32 and 15% respectively, was also noted.
The importance of lime in the reduction of PCDD/F should be
outlined when it is introduced in the raw material. The
emission levels are reduced as the lime quantity in the raw
materials increases. The lime also brings a reduction of NOx
from 16 to 30% of initial value and up to over 70% for SOx
in particular working conditions (Fig. 8).
Table 2 summarises the range of existence of all the input
parameters analysed in the present study.
The range of existence of any input parameter is
characterised by chemical and physical constraints that have
to be respected to obtain realistic results from the analysis.
For example, the gas temperature in the windbox has to be
higher than 450–500°C because, at this point, PCDD/Fs
begin to decompose, but at the same time, the temperature
should not increase too much because the process would
become too expensive.
Cu and Cl have to be reduced, but there are physical and
technological constraints that have to be respected by
limiting the reduction of such elements in the raw material.
Urea, sulphur and hydrated lime lead to a reduction of
emissions, but too large an amount of these leads to the
deterioration of the mechanical and technological properties
of the sintered material. If the sulphur percentage rises, then
the amount of SOx increases. For this reason, some designs
have been excluded from the analysis.
During the preliminary analysis of the training database, the
windbox with the highest level of emissions was noted to be
no. 19, so the first analysis was performed only on that
windbox to look for a set of values to be assigned to the
different parameters in order to reduce the production of
PCDD/F, NOx and SOx.
With the numerical simulation by mF software, a series of
operating conditions for the sintering process has been
defined. However, not all the numeric strings have produced
low amounts of emissions. In some cases, the value is low for
PCDD/F but very high for the other output, NOx and SOx. It is
very important to consider all the aspects of the physical
process. The user has to analyse the different sets of
parameters and the output values reached, and he has to
choose the best operating conditions. From the list offered
by the first step of analysis, with numerical simulations, the
three most suitable designs have been proposed because
these lead to the minimum value of PCDD/F, NOx and SOx.
Such optimum designs are summarised in Table 3.
It should be noted that in all these cases, there are high
values of oxygen, while those of monoxide and carbon
dioxide and moisture are relatively low.
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
Tab. 7 - Emission values
Tab. 8 - Radial basis function and ED emission
Tab. 9 - Emission with filter devices
The gas temperatures in the windbox turn out high; the
chlorine and copper values are low, while the levels of
additives cover upper middle values. Maximum emissions of
SOx and NOx are found in windbox nos. 17 and 7 respectively.
When sulphur rises, the level of SOx emissions increases,
while the increase in the lime addition leads to a reduction
in the levels of NOx and PCDD/F emissions. At this point, the
best operating conditions of all the 21 windboxes of the
system were fixed, and the medium value, weighed in the
three different cases, was estimated. Some parameters, such
as lime, sulphur, urea, chlorine and copper, remain similar for
all the 21 windboxes, while the remaining input
(temperatures, moisture, oxygen, etc.) assumes different
values according to the position in the sintering bed [33]. In
Table 4, the values of the emissions for the different designs
are summarised.
In all three cases, the medium values of emissions of SOx and
NOx are largely below the legal limit indicated by the
international protocol Aarhus. Unfortunately, with such
operating conditions, the PCDD/F levels still exceed the value
limit of 0.4 ng I-TEQ/N m3. In addition to offering minimal
value in the optimisation regarding windbox no. 19, design
1 proposes valid operating conditions for the whole system
and the lowest values of pollutants. In order to define the
optimisation strategy, reference to design 1 was chosen.
The process parameters, which result independent from the
position on the belt conveyor, were fixed. They are shown in
Table 5.
For the remaining process parameters, the choice of the
values to apply to the single windbox is necessary.
The results offered from the first phase of optimisation were
not followed because the proposed profiles are discontinuous
and inhomogeneous and difficult to apply to a real system.
Therefore, another set of more homogenous profiles was
proposed taking into account the data of the first phase of
analysis, which is defined as new design (Fig. 9).
At last, the temperatures of the windboxes and windlegs for
the new design were chosen and are shown in Table 6.
With these values attributed to the input variables, the
minimum value of emissions obtained can be discovered.
In Table 7, the results of the different designs are compared.
Some of the optimal operating conditions were removed in
favour of profiles easier to apply to the system.
13
Consequently, an increase in the medium
levels of emissions can be expected. In
fact, the level of PCDD/F was found to vary
from 0.43 to 0.45 ng I-TEQ/N m3, with also
a contemporary increase in NOx and SOx.
With the exception of the latter, the
PCDD/F still exceeded the legal limits.
Despite an increase in emissions, the
application of the set of parameters of the
new design was chosen because it is
technologically simpler to realise. In
addition, a parallel analysis method was
carried out. This method is based on the
evolutionary design (ED). This allowed the
extrapolation of a mathematical function from each of the
three RS, with which the real system is reproduced. These
functions are less realistic than RS. In Table 8, the values
obtained with the two methods of calculation were
compared.
This study made it possible to implement a setting of the
system through which it is possible to obtain a clean
reduction of the emissions of polluting substances. Thus, just
acting on input parameters, all the values of PCDD/F below
the legal limit were not possible to achieve. A further
possible improvement was studied, which consists of the
application of a determined filtered device that can carry a
further reduction of pollutants [34]. The employed devices
were as follows:
• ESP: Such a device is used mainly in order to collect and
control particles produced in metallurgical systems
[35,36]. The operation of this device is based on the
application of a strong electric field (10 000–20 000 V)
through which particles contained in the exit gas are forced to pass. Successively, these run through a wide series
of collection slabs, with opposite sign charges, which
block such polluting particles;
• WS: this device contributes to reduce the emissions of
PCDD/F in vapour form. The device makes possible the
reduction of emissions by means of a two stage process:
the first consists of the passage through a quenching
unit, i.e. the scrubber, and the second is the passage
through an electrostatic precipitator.
The objective of our work is to understand how much these
devices can be influential in the reduction of polluting
emissions. In Ref. 37, the ESP and a more complex system
like WS in a typical sintering system were analysed. Since, in
the study, there are some small differences regarding the
system considered in this analysis, a safety value of
reduction was assumed, limiting the efficiency of the devices
analysed in Ref. 37.
We assume the following values of efficiency:
ESP
Reduction PCDD/F=40%
WS
Reduction PCDD/F=65%
Reduction SOx=5%
14 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Consequently, applying such reductions to the values
obtained from our numerical simulations, we succeed in
obtaining the values of emissions shown in Table 9.
Table 9 summarises the choices carried out and the final
values obtained. It should be noted that the filtering device
does not have an influence on the reduction of the NOx, but
this turns out negligible as we are already within legal limits
thanks to the choices made in the input parameters. The
main situation is identical for the values of SOx; even with
WS, they are reduced by 5%.
The reduction obtained from the PCDD/F emissions is the key
aspect of the present study. In the event of the application
of the ESP, the emission value is 0.27 ng ITEQ/N m3, while
in the second case, the value is 0.16 ng I-TEQ/N m3, largely
below the legal limit set in 31 December 2010.
Conclusions
Using the optimization software modeFRONTIER (ESTECO), a
virtual surface that can reproduce the actual process of
sintering was created. Optimization of the sinter raw mix
and, in particular, the operation of windbox no. 19, the main
source of emissions, resulted in a 10-fold reduction in
dioxins, but they were still marginally above the legal limit.
The use of post-sintering scrubbers or precipitators reduced
emissions to below the legal maximum. The NOx and SOx
levels were below the legal maxima even without scrubbing
or recipitators.
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Rotatori: J. Hazard. Mater., 2009, 172, 1498–1504.
P. Cavaliere, A. Perrone, P. Tafuro
University of Salento, Department of Innovation Engineering
Vito Primavera
EnginSoft
For more information:
Pasquale Cavaliere - University of Salento
[email protected]
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
15
Performance termo-fluidodinamiche e
d’illuminazione di due tipologie di
lucernari
Lighting and Thermo-Fluid Dynamics: Vertical Opening vs
Side-opening Skylights
In order to benefit from environmental resources, high efficiency
energy buildings are characterized by integrated architectural
solutions. Naturally illuminated and ventilated working areas are
healthier and make people feel better. Yet, if architects and
engineers want to be efficient and successful in these areas, they
have to analyze different and conflicting facts.
While wide windows guarantee lots of good light and ventilation,
it is important to protect people and objects from heat and the
sun to avoid discomfort. These problems should be addressed early
in the planning phase by using integrated design solutions, e.g. it
is important to study wall and roof exposure prior to choosing
window shapes, dimensions and materials. Basso Luce e Aria is an
Italian company with 40 years of experience in the design and
production of solutions for bringing natural light and air into
tamente e naturalmente ventilati ed illuminati, dall’altro obbligano a proteggere coloro che si trovano negli ambienti dal notevole carico termico che l’irraggiamento solare produce e dai fenomeni di abbagliamento e di discomfort locale. Si tratta quindi di un problema di progettazione integrata da affrontare fin
dalle prime fasi della progettazione, con un’opportuna scelta del
tipo di finestratura, delle dimensioni e della forma delle aperture, dei materiali impiegati e dell’orientamento dell’edificio stesso.
Basso Luce e Aria ha quarant’anni di esperienza nell’affrontare
problematiche di questo tipo. La progettazione e la produzione
di soluzioni che portano luce ed aria naturali in ambienti per
l’edilizia industriale, commerciale e civile rappresentano il core
business aziendale. Oggi quest’azienda vuole offrire di più.
Sfruttare modelli matematici per studiare ambienti più confortevoli, salutari ed energeticamente efficienti.
Si collocano in questo contesto gli studi condotti per
la valutazione dell’illuminazione e delle performance
termo-fluidodinamiche di due diverse tipologie di lucernari prodotti dalla Basso Luce e Aria: Lucernari ad
apertura verticale (ALIDARIA ADR) e Lucernari ad
apertura laterale (ARCODARIA ACL) (vedi Figura 1 e
Figura 2).
Analisi Illuminazione
Una delle caratteristiche principali che rende preferiFig. 1 – Basso Luce e Aria: Lucernari ad
Fig. 2 – Basso Luce e Aria: Lucernari ad
bile la sorgente solare rispetto ad altre è la sua magapertura verticale (ALIDARIA ADR)
apertura laterale (ARCODARIA ACL)
gior resa cromatica (cioè come i colori appaiono sotto varie fonti di luce). Inoltre la radiazione visibile proveniente
homes and offices. Nowadays, the company has widened its offer:
dal sole e dal cielo aggiunge una naturale dinamica alle conditheir technical teams use mathematical models in order to design
zioni d’illuminazione di un ambiente, attraverso le variazioni
healthier, more comfortable and energy efficient environments.
temporali di colore, contrasto e luminanza di ogni superficie. La
Basso Luce e Aria collaborates with EnginSoft to evaluate the
disponibilità di luce naturale, però, a differenza di quella artifilighting and thermo-fluid dynamics of two of their skylight
ciale, non può essere controllata e fissata dal progettista: la sua
models: ALIDARIA ADR with vertical opening, fig. 1, and
distribuzione e la sua intensità sono in funzione della stagione
ARCODARI ACL with side opening, fig. 2. The computational
e della latitudine considerate.
analysis performed by EnginSoft reveals that while both devices,
ALIDARIA ADR and ARCODARI ACL, provide good light incidence,
La geometria degli spazi e le caratteristiche fotometriche dei
ALIDARIA ADR ensures better ventilation.
materiali giocano un ruolo fondamentale nel determinare la distribuzione spaziale e la qualità della luce in un ambiente, poiLa realizzazione di un edificio energeticamente efficiente passa
ché le caratteristiche della luce disponibile su un piano di lavoattraverso la scelta di soluzioni tecniche che, integrandosi nelro dipendono fortemente dalla geometria, dalla morfologia e dall’architettura, permettono di massimizzare lo sfruttamento delle
le proprietà dei vari materiali ‘incontrati’ dalla radiazione lumipotenzialità climatiche locali.
nosa nel percorso dalla sorgente al piano di utilizzazione.
Un ambiente di lavoro illuminato e ventilato naturalmente è più
Il flusso luminoso incidente su un materiale viene, infatti, in
salutare e produce effetti benefici sulle persone, migliorandone
parte trasmesso, in parte riflesso e in parte assorbito. I raggi luanche l’operatività. L’obiettivo di garantire il benessere di chi viminosi che attraversano l’apertura trasparente, inoltre, incidono
ve e opera all’interno dei fabbricati comporta l’esame di aspetti
sulle diverse pareti che delimitano l’ambiente e da queste vendiversi e talvolta tra loro contrastanti. Ampie finestrature congono in parte assorbiti e in parte riflessi con una nuova variasentono da un lato il lavoro dell’individuo in ambienti adegua-
16 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Tabella 1 – Proprietà ottiche e termiche delle lastre dei lucernari
Fig. 3 – Modello geometrico
zione della distribuzione spettrale e della direzione dei raggi luminosi.
Vista la complessità dei calcoli richiesti per la valutazione dell’illuminamento naturale in ambienti confinati, l’uso di programmi di calcolo automatico basati su modelli tridimensionali dell’edificio appare come la soluzione più idonea per la verifica della qualità dell’ambiente luminoso nella fase di progetto.
ne del materiale e dello spessore delle lastre e della presenza di
eventuali velature (vedi Figura 4 e Tabella 1).
La complessità del problema affrontato dipende principalmente
dall’elevato numero di variabili che influiscono sulla determinazione dello stato d’illuminamento dell’ambiente interno.
Le analisi sono state eseguite utilizzando il software per la simulazione in regime dinamico della risposta degli edifici
EnergyPlus*, corredato dalle facilities della BENIMPACT Suite**
di EnginSoft.
Per l’analisi illuminotecnica è necessario realizzare il modello tridimensionale dell’edificio (alle cui superfici vanno attribuite
adeguate proprietà ottiche), e disporre dei dati orari locali relativi all’illuminamento su superficie orizzontale per le componenti globali, diffuse e dirette.
È possibile conoscere, ora per ora, come si comporta il flusso luminoso entrante nell’edificio al variare delle “stratigrafie” dei lu-
L’analisi numerica è stata condotta prendendo a riferimento un edificio industriale a
pianta quasi quadrata con lato di 75 m circa e altezza prossima agli 11 m. La pianta è
smussata sul lato NE e la zona produttiva
confina a SE con la palazzina degli uffici,
che in queste analisi viene considerata solo
come volume ombreggiante. Sulla copertura, di tipo piano, sono installati 21 lucernari di tipo ADR con lastra esterna color opale e velatura interna (vedi Figura 3).
Dal punto di vista illuminotecnico, le geometrie dei lucernari del tipo ad apertura
verticale e laterale praticamente si equivalgono. Il livello di illuminazione (trasmittanza luminosa) e la quantità di calore trasmesso (conduttanza termica) variano in funzio-
Fig. 4 – Lucernari con velario
Tabella 2 – Illuminamenti calcolati per la configurazione con lastra esterna opale e velario trasparente
cernari e calcolare il livello d’illuminamento interno di una griglia di punti posta a 80 cm dalla pavimentazione del capannone, quota convenzionale dei piani di lavoro.
Nel caso di assenza di velario al di sotto dei lucernari vi è un eccessivo irraggiamento nelle ore centrali della giornata. Le simulazioni hanno permesso di individuare come soluzione ottimale
la configurazione con lastra esterna color opale e velario interno trasparente, che garantisce una miglior diffusione della luce.
Si riportano di seguito le mappe che riportano i valori di illuminamento orario medio mensile per i mesi di gennaio e luglio (vedi Tabella 2) e una tabella di intervalli di riferimento (vedi
Tabella 3).
Si fa presente che, rispetto ai valori di illuminamento presentati (vedi mappe della tabella 2), quelli calcolati in assenza di ve-
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
17
fra loro strettamente connessi: il numero di ricircoli aria per ora
e le temperature medie nel capannone.
Il primo indice rappresenta il numero di volte che il volume
d’aria interno al capannone viene rinnovato ad ogni ora grazie
all’ingresso di aria proveniente dall’atmosfera. I risultati mostrano come le performance del Lucernari ad apertura verticale siano nettamente superiori (+33%).
Il maggior ricambio d’aria assicurato dai lucernari ad apertura
verticale si traduce in un valore più favorevole del secondo inTabella 3 - Intervalli di illuminamento in funzione dei compiti visivi
lario sono del 50% superiori, mentre quelli con velario opale sono del 40% inferiori. Inoltre, l’isolamento termico dei lucernari
aumenta installando il velario, ma non è influenzato in maniera
significativa dal suo colore. La scelta della “stratigrafia” del lucernario da installare dipende quindi dall’analisi combinata delle prestazioni energetiche globali e di comfort luminoso desiderate.
Analisi Termofluidodinamica
Fig. 5 - Configurazione con velario trasparente
I lucernari sono tra i principali attori nella regolazione dei flussi energetici di un edificio da e per l’ambiente esterno. Un lucernario performante dal punto di vista termo-fluidodinamico favorisce la movimentazione della massa d’aria presente nell’edificio
mitigandone le condizioni climatiche. Di qui la necessità di
un’attenta progettazione di tali dispositivi e l’esigenza di studiarne il comportamento fluidodinamico tramite un modello matematico. La simulazione numerica dei campi termici e del moto
d’aria all’interno di un edificio è infatti in grado di fornire importanti indicazioni sull’efficienza termica dell’edificio stesso.
Nel caso specifico, l’analisi numerica è stata condotta prendendo a riferimento un capannone industriale di dimensioni standard (Superficie pianta 960 m2 e Volume 10560 m3). La superficie finestrata apribile del capannone è stata decisa sulla base
del regolamento edilizio che prevede una metratura pari ad almeno 1/20 della superficie di pianta equamente distribuita fra
Fig. 6 – Modello geometrico per analisi CFD con lucernari ad apertura
verticale installati sul tetto del capannone
lucernari e finestre apribili a parete. In accordo con la normativa sono stati installati sul tetto del capannone 4 lucernari da 6[m2] ciascuno e sulla parete 4 finestre con
apertura a vasistas anch’esse da 6[m2] ciascuna (vedi
Figura 6).
Due sono gli scenari presi in considerazione: il primo
prevede l’installazione di soli lucernari ad apertura laterale ed il secondo di soli lucernari ad apertura verticale. La geometria dei lucernari e le relative dimensioni sono state ricavate dai disegni tecnici forniti da
Basso Luce e Aria. Ciò ha permesso un maggior dettaglio e realismo nello studio della fluidodinamica locale in prossimità delle regioni di efflusso dell’aria (ve- Basso Luce e Aria:
Basso Luce e Aria:
Lucernari ad apertura
Lucernari ad apertura
di Figura 7 e Figura 8).
laterale (ARCODARIA ACL)
Il confronto è stato eseguito a parità di condizioni al
contorno (direzione ed intensità del vento, apertura
finestre a parete) ed ai fini di un’analisi quantitativa
sono stati considerati due indici termo-fluidodinamici
verticale (ALIDARIA ADR)
Fig. 7 – Campo di velocità in prossimità dei lucernari su di un piano che taglia
longitudinalmente i lucernari lungo la linea di mezzaria. La mappa colore mostra l’intensità
del campo mentre i vettori ne indicano la direzione. E’ possibile notare come il lucernario ad
apertura verticale ha una maggiore capacità di estrarre aria ed una minore tendenza a
creare ricircoli nel capannone.
18 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
le ore in cui è necessario accendere l’illuminazione artificiale. Si
è inoltre dimostrato che l’installazione dei velari riduce i rischi
di abbagliamento e di eccessivo irraggiamento nelle ore centrali della giornata. La scelta della “stratigrafia” di lucernario da installare dipende quindi dall’analisi combinata delle prestazioni
energetiche globali e di comfort luminoso desiderate.
Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA ACL)
Lo studio termo-fluidodinamico ha mostrato come il lucernario
ad apertura verticale è potenzialmente in grado di migliorare
l’aerazione del capannone rispetto ad un modello di lucernario
più tradizionale ad apertura laterale. Il sistema ad apertura verticale, tipico del lucernario ALIDARIA ADR, riduce gli ingombri e
massimizza il numero di ricircoli d’aria per ora.
In conclusione, i lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR)
sono da preferirsi poiché hanno prestazioni luminose pressoché
analoghe a quelle dei lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA
ACL), ma migliorano l’aerazione del capannone.
Le immagini di Figura 1, Figura 2, Figura 4 e Figura 5 sono state cortesemente concesse da
BASSO FRANCO Srl
Via Ragazzi del ‘99 n°5 - 35014 Fontaniva (PD)
Tel.: +39 049.5940935 - Fax: +39 049.5942266
e-mail: [email protected]
Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR)
Fig. 8 – Vettori velocità in prossimità dei lucernari su di un piano che taglia
trasversalmente i lucernari nella zona dei sostegni. L’efflusso d’aria del
lucernario ad apertura verticale è meglio distribuito e presenta picchi di
velocità inferiori.
dice. La temperatura media osservata all’interno del capannone
(34.7[C]) è infatti inferiore (-10%) rispetto a quella misurata
nelle medesime condizioni per lo scenario con i lucernari ad
apertura laterale installati (vedi Figura 9).
*Energy Plus è un software per la simulazione termica e la diagnosi energetica in regime dinamico degli edifici distribuito da
Lawrence Berkley National Laboratory. L’algoritmo di calcolo su
cui si basa l’analisi illuminotecnica di questo programma è stato
formalizzato per la prima volta nel 1985 dai ricercatori F.
Winkelmann e S. Selkowitz.
** Il prototipo di BENIMPACT Suite è stato sviluppato nell’ambito
del Progetto di Ricerca “BENIMPACT – Buildings ENviromental IMPACT evaluator & optimizer” cofinanziato dalla Provincia
Autonoma di Trento utilizzando risorse del Programma Operativo
FESR PARTNERS 2007-2013.
Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura
laterale (ARCODARIA ACL)
Da osservare infine come la condizione di vento studiata (direzione frontale al lucernario) è da considerarsi la condizione più
sfavorevole per il lucernario di tipo ad apertura verticale. È presumibile che, in condizioni di vento differenti (vedi per esempio
una condizione con vento diretto lateralmente al lucernario), le
performance dello stesso risultino ancora più favorevoli.
Conclusioni
L’utilizzo di modelli matematici ha permesso di valutare le performance di illuminazione ambiente e termo-fluidodinamiche di
due diversi tipi di lucernari.
Dal punto di vista dell’illuminazione, le analisi eseguite hanno
permesso di verificare che entrambe le tipologie di lucernari riescono a soddisfare i requisiti di illuminamento sul piano di lavoro per buona parte della giornata. Questo riduce notevolmente
Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura
verticale (ALIDARIA ADR)
Fig. 9 – Distribuzione della tempeartura all’interno del capannone su di un
piano che taglia longitudinalmente i lucernari lungo la linea di mezzaria
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
19
EnginSoft Contributes to the Reduction
in Aircraft Engine Fuel Consumption as
a Partner of the FP7 European Project
ERICKA
key aims of the EU, which set the goal in its report “European
aeronautics: a vision for 2020”, of Europe becoming the
uncontested world leader in aeronautics by 2020.
The challenge
The combustion processes involved in aero-engines and gas
turbine for electricity production contribute to deteriorate air
quality and to alter the concentration of greenhouse gases.
Two factors are principally responsible for this degradation:
carbon dioxide (CO2), for which aviation and energy
consumptions currently account respectively for 3% and 27%,
and nitrogen oxides (NOX). To ensure a clean, sustainable
growth in air traffic and energy production, new gas turbine
technologies need to be developed.
The efficiency of a gas turbine depends directly on the
performance of all its components. One of the most important
is the turbine, whose efficiency has a great influence on engine
fuel consumption, therefore CO2 emissions. The turbine must
operate at high efficiency despite being subjected to the
engine’s most aggressive heat loads (the working fluid supplied
to this stage is at the cycle peak temperature). Thus, the
design of turbine cooling systems is one of the most
challenging processes in engine development.
ERICKA (Engine Representative Internal Cooling Knowledge and
Application) is a European project within the Seventh
Framework Programme, partly funded by the European
Commission. ERICKA intends to face the challenge of reducing
CO2 and NOX emissions by improving engine efficiency through
innovative turbine cooling technologies.
The Consortium
The project, coordinated by Rolls-Royce, involves 18 partners
(beneficiaries):
• 7 gas turbine manufacturers (Rolls-Royce plc, Alstom, Avio,
ITP, MTU, Rolls-Royce Deutschland, Snecma)
• 5 SMEs (CENAERO, Cambridge Flow Solution, EnginSoft,
NUMECA, ARTTIC)
• 5 universities (University of Florence, Universidad
Politécnica de Madrid, University of Oxford, Universität
Stuttgart, Polish Academy of Science)
• 1 research organisation (ONERA)
Nearly all of the leading European Aircraft engine
manufacturers are partners in ERICKA: this satisfies one of the
The concept
New turbine blade cooling technologies will be studied within
ERICKA. The work is a combination of experimental activities,
which include tests both in stationary and rotating facilities
(like the Rotating Heat Transfer Rig by Rolls-Royce, shown in
Figure 1), and computational activities, performed using CFD
analysis and by design optimization (see Figure 2).
New designs will be developed using expertise of the engine
manufacturers, understanding of flow physics derived from
both the experiments and the CFD predictions, together with
the results of optimization campaigns.
The objectives
Today's environmental issues and economic conditions
constantly push aero-engine manufacturers to improve the
efficiency of their engines in order to reduce fuel
consumptions. With these premises ERICKA targets the
reduction of greenhouse gas emissions from aircraft engines
and power generation plants: the main objective is to cut CO2
emissions by 1% compared to year 2000 reference engines. For
turbomachinery, reducing CO2 relates directly to improving
component’s efficiency. This enhancement could be achieved
by combining a more efficient cooling system, which requires
a reduced amount of cooling air, and raising the gas turbine
entry temperature. Unfortunately, NOX emissions also increase
with the inlet gas temperature, leading to a conflict between
the environmental targets. This further problem could be
overcome by re-distributing the cooling air saved in the
turbine to the combustor, where it can be used to lower peak
flame temperatures, thus allowing a reduction in NOX
emissions.
Such improvement of the turbine efficiency aims to a 1%
reduction in specific fuel consumption. For a large turbofan
engine, this translates into a saving of 450 litres of fuel per
hour.
The project aims to improve engine efficiency by setting the
following operational objectives:
1. Creation of a database of detailed heat transfer coefficient
(HTC) data from a broad range of stationary internal blade
cooling geometries.
2. Acquisition of engine representative rotating HTC data for
the validation of the cooling system design methods of the
aero-engine manufacturers.
20 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
3. Development of the CFD strategies to predict complex
internal flows.
4. Development of optimizing procedures for internal cooling
based on the measurements made in (2).
5. Experimental evaluation of optimized results.
6. Development of cooling system design methods suitable for
future low emission and green fuel combustors.
7. Implementation of the improved cooling systems in future
aero-engines, dissemination in the supply chain and
communication to the aerospace sector through technical
publications.
Another important objective is related to time and cost
savings. The improved modelling and computer methods that
come out of ERICKA are targeted at reducing the time to design
the turbines by 20%. This will reduce engine cost significantly
and create a competitive supply chain able to halve time to
market.
The role of EnginSoft
ERICKA offers EnginSoft an important opportunity to bring its
contribute to make significant advancements in the cooling
technology used in the design of future aero-engines. Thanks
to its wide expertise on CFD and optimization, EnginSoft will
work closely with Avio (industrial partner) in the development
and optimization of the leading-edge impingement concept
design for internal cooling.
ERICKA project is split into five technical work-packages. Each
of them is focused to a particular critical aspect of internal
flow and heat transfer in blades for both high pressure (HP)
Figure 1: the Rotating Heat Transfer Rig
(RHR) is one of the few facilities in the
world that is able to accurately simulate
High Pressure turbine cooling passage
conditions by simultaneously matching
engine Reynolds number, buoyancy number
and rotation number.
challenges, like the development of parametric techniques
to allow the exploration of different designs of turbine
blade internal cooling components, as well as the
automation of the simulation loop.
A typical CFD optimization procedure involves the linking of
geometric design, meshing tool, CFD solver run and postprocessing. All these simulation processes need to be
handled in parametric and full automated way; for this
reason they are well suited to be integrated in an ANSYS
Workbench workflow, which offers a comprehensive view of
the entire analysis project, a simple way to pass files and
data from one application to the other, and a powerful tool
to manage the parameter set.
In turn, the resulting ANSYS Workbench project will be
integrated into a workflow under the control of ESTECO
modeFRONTIER™. A careful choice of input ranges, output
quantities, objectives and constraints, together with multiobjective search algorithms will allow a quick and complete
exploration of the parameters’ space. The role of the
optimization algorithms is to identify the solutions which
constitute the best available design lying on the Pareto
Frontier curve, whose points represent solutions having the
characteristic that none of the objectives can be improved
without prejudicing another. Objectives will be related to
wall heat transfer (specific per unit area, specific per unit
mass flow rate, uniformity, etc.).
• WP5: CFD calculations
This task represents the nexus of the experimental and
computational activities performed in the other technical
work-packages. For each experimental WP, the industrial
partners involved will perform a validation
campaign of the available CFD solvers. The
objective is to find a numerical methodology able
to well fit the experimental results, principally
acting on turbulence modelling and meshing
strategies. Another important result expected in
this task is the estimation of the errors to be taken
into account in the optimization process.
Figure 2: EnginSoft will deal with the leadingedge impingement concept design developed by
Avio. The results of the CFD analysis will be
combined with experimental ones to better
understand the complex internal flows.
turbine and low pressure (LP) turbine applications. The
partners will collaborate to perform each task within and
across the work-packages, as internal cooling geometries
design, prototyping, manufacturing, testing, CFD modelling,
and optimization.
In particular, EnginSoft is involved in 2 work-packages (WP):
• WP1: Optimization of turbine cooling system components.
The optimization task includes several significant
It is interesting to notice that all of the engine
companies will be involved in CFD tasks. Their work
will be integrated by studies performed by
specialists in fluid flow and heat transfer simulation
to improve their computer modelling strategies. In
this way, ERICKA will ensure that the analysis and
optimization procedures developed by SMEs, like
EnginSoft, will be used by the gas turbine
community to enhance Europe’s future aeroengines.
Acknowledgments
The research leading to these results has received funding from
the European Union Seventh Framework Programme (FP7/20072013) under grant agreement n° 233799 (ERICKA).
For further details, please visit ERICKA’s website:
http://www.ericka.eu/
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
21
EASIT2: a Competence Framework for
the Analysis and Simulation Industry
The EASIT2 project is a
Leonardo da Vinci European
Union co-funded project, part
of the European Vocational
Training Action Programme.
Leonardo da Vinci projects are
aimed at designing, testing,
evaluating and disseminating The EASIT2 project logo
innovative vocational training
and lifelong learning practices, and at promoting
innovation in training as well as methodologies, contents,
products.
EASIT2 is coordinated by the department of Mechanical
Engineering of the University of Strathclyde (Glasgow,
UK), and is partnered by EnginSoft, NAFEMS, EoN, EADS,
Renault, GEOFEM, Nokia, Nevesbu, TetraPak, AMEC, Selex
Galileo.
Project objectives and background
The main aim of the EASIT2 project is the development of
a unique and versatile Competence Framework, focused on
the use of engineering analysis and simulation tools
across all sectors of industry, that will enable companies
and motivated individuals to verify, track, develop and
attest competencies in the field.
The structure of the EASIT2 project
The EASIT2 builds on the
excellent results of the now
completed CCOPPS project
which crafted an innovative
educational base for the
pressure systems industry
sector.
The CCOPPS Educational Base,
consisting of competence statements across 16 analysis
and simulation areas, is freely available at
http://www.ccopps.eu/.
EASIT2 ambitious objectives include the creation of a
“generic” educational base, a competence framework, and
a new competence-based NAFEMS registered analyst
scheme (a certificate of competence).
EASIT2 analysis and simulation educational base
As previously mentioned, the EASIT2 project is structured
into three main layers. At the foundation of the project
there is the EASIT2 educational base. It is a database of
competence statements covering most of the whole
spectrum of analysis and simulation competencies.
Competence statements can be used for example for
educational purposes, and each of them is matched with a
set of references to suggested
educational resources (books,
articles, etc.). The educational
base is generic, meaning that the
competence statements describe
general analysis and simulation
competencies not directly related
to
specific
CAE
software
applications or industries.
It is expected that EASIT2 will
produce more than one thousand
competence
statements,
subdivided into 20+ modules or
topics, such as Introduction to
Finite Element Analysis for
Structures, Mechanics Elasticity
and Strength of Materials,
Materials
Modelling
Characterization and Selection,
Fatigue and Fracture, Nonlinear
Geometric Effects, etc.
22 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
EASIT2 project partners
EASIT2 competence framework
Around the educational base, the EASIT2 competence
framework will be built. The competence framework will be
integrated with the educational base and will enable
individuals or company staff to record their competencies
into a relational database. A flexible web based and
intranet system is envisioned, capable of being tailored
for individuals, SMEs and large organisations as well.
For the individual user, the EASIT2 competence framework
will help tracking learning progresses and guiding further
learning. For organisations, it will provide an open and
EASIT2 project background
highly customisable system capable of interfacing to
existing staff development systems.
The new competence-based registered analyst scheme
The project will develop a new competence-based
registered analyst scheme, derived from the points-based
scheme currently offered by NAFEMS. The new scheme will
retain much of the sound set-up of the present NAFEMS
scheme, such as the requirements of workplace experience,
product and industry sector knowledge, etcetera, but will
also make use of the
competence statements
included in the EASIT2
educational base.
Conclusions
The
topic
of
the
certification
of
competencies is a key
issue of the European
debate
over
the
relationship between the
rapid change of the
technical knowledge and the development of the job
market. Over the last years the European Commission
introduced a number of tools, such as the Europass and
the certificate supplement, aimed at improving the
transparency and transfer of competencies and
qualifications as part of the Bologna process.
The EASIT2 project will contribute a new set of tools,
specifically designed for the analysis and simulation
industry, that fit ideally into this paradigm shift from a
curriculum based qualification attestation, to a more
sound and trasparent competence based
certification.
EnginSoft values the EASIT2 project as strategic,
and therefore joined the project as a core partner
together with the University of Strathclyde (the
project coordinator), NAFEMS, GEOFEM, Nevesbu
and AMEC, to contribute more closely to the project
steering. EnginSoft has an active role in the
development of the competence based tools, and
specifically is in charge of the development of the
competence framework and is leading the
competence
based
registered
analyst
scheme
workpackage.
For more information on the project please visit the
website at the address: http://www.easit2.eu
To contact the Author:
Giovanni Borzi - EnginSoft
Project Manager, PMP®
[email protected]
Provisional list of the EASIT2 Educational Base modules
®
ENGINSOFT INTERNATIONAL
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CAE TECHNOLOGIES FOR INDUSTRY
ANSYS ITALIAN
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20-21 OCTOBER
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www.caeconference.com
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Beats the
“more cores mean more VMs,
and a more scalable business”
benchmark.
More cores.
need to scale up, scale down, or shift workloads around. And all at a lower
cost per VM.1 That’s what makes the AMD OpteronTM 6000
Series platform ideal for virtualized environments. With up to
100% more cores2 per server, now you can run one VM per
More cores. More scalability. Lower cost per VM.1
Some of the many core advantages of AMD Opteron processors.
amd.com/whycoresmatter
1
Based on 2P AMD Opteron-based Dell PowerEdge R715 (24 cores) @$16,546 and 2P Intel-based Dell PowerEdge R710 (12 cores)
@$16,451. Both include 32GB memory, 2 146GB hard drives, RAID 0, standard warranty. R715 includes VMware vSphere Enterprise
Plus 4.1 2-CPU license, R710 price includes VMware vSphere Enterprise 4.1 2-CPU license. Utilizing 1 VM per core AMD =$689/VM
($16,546/24), Intel =$1,370 ($16,451/12)
2
Comparison of 12-core AMD Opteron 6100 Series processor versus 6-core Intel Xeon 5600 series and 8-core Intel Xeon 7500
series processors
© 2011 Advanced Micro Devices, Inc. All rights reserved. AMD, the AMD Arrow logo, AMD Opteron, AMD Virtualization, AMD-V and
combinations thereof are trademarks of Advanced Micro Devices, Inc. Other names are for informational purposes only and may be
trademarks of their respective owners.
Conference Welcome by EnginSoft CEO
Welcome to the 27th annual CAE Technologies for Industry
Conference. In a single generation we have collectively
changed the world of engineering design. We have watched
the initial limited-scope industrial virtual simulations
evolve into the current advanced synergetic technologies,
whose combined force is causing a true revolution in
modern engineering practices and in related scientific
fields. Today Engineering Simulation is radically changing
the way products are designed and produced.
The challenge we now face is to transform existing
commodity products employed in the design process, into
effective production tools tailored to the needs of each
individual organization.
To do this we must ensure that our simulation processes are
complete, starting from the initial design right through the
entire production supply chain; we must ensure that they
are reliable and robust. We must focus on ways to detect
defects before they become problems, to create models that
produce consistent results, to make sure that our
optimization models are robust and to never lose focus of
the big picture in which we operate.
At EnginSoft we make our best efforts to do all of this; we
listen to the needs of our customers in the diverse industrial
sectors that we operate in, so that we can tailor virtual
models to their specific product and industry, employing the
best combination of available technologies in a consistent,
effective and efficient manner. This conference is intended
to provide a forum for debate on the expectation for reliable
and robust models, stimulated by the needs of industry and
rendered unique by the contributions of all of you here
today, whether you are virtual simulation engineers,
members of the scientific community working on new
theories and methods or commercial software publishers. We
hope you will find this to be a thought-provoking
environment: if you are a technology user, this is the place
to learn all about the latest software features that apply to
your specific industrial sector; if you are a manager this is
the place to explore topics such as cost-benefit
analysis, work organization, acquisition of knowhow and protection of your investments; if you are
a software publisher, this is your opportunity to
better understand the industry-specific needs so
that you can focus your future developments to
meet them; and finally if you are involved in
synergetic roles such as test labs, quality
assurance or business intelligence, now is the
time to explore how engineering simulation can
assist you.
I am confident that this year’s exciting line-up
of remarkable speakers and technical
workshops will foster a stimulating discussion
amongst all of you. It is this very vivacious
discussion that keeps us all creating new
technologies and improving on existing
ones.
I would be remiss not to thank all our
conference sponsors, our Gold sponsors
AMD, Hewlett Packard and Nvidia, the
Silver sponsor Microsoft and our many
exhibitors, who have helped make this conference so
successful. Thank you all for your continued support year
after year. Please do take the time to visit all of our
sponsors’ exhibits.
Last but not least EnginSoft and ANSYS Italia are delighted
to invite you all to attend this year’s gala dinner at the
Museo Nicolis – a perfect place to appreciate how the
automotive industry has progressed in such a short time
span, ponder on the wonders of engineering simulation, and
enjoy great Italian food in the company of a very unique
and talented group of people.
I thank you for the trust you continue to place in the
EnginSoft team and wish you all a productive time here.
Stefano Odorizzi
CEO EnginSoft
SESSIONE MECHANICAL
Complessità, accuratezza e
concretezza nelle presentazioni
meccano-elettromagnetiche
La conferenza EnginSoft è storicamente un appuntamento importante per avere una specifica informazione sulle reali applicazioni ingegneristiche della simulazione nel mondo dell’industria e sulla evoluzione numerico-informatica delle stesse tecnologie prospettata dalle aziende del settore (ANSYS, MAGMA ed
altri presenti alla conferenza). Il clima della conferenza vuole
infatti creare una particolare situazione positiva di scambio tecnico-culturale per dar modo ad ogni partecipante all’evento di
declinare le proprie esigenze tecniche e aspettative con il ‘mercato’ attuale dello stato dell’arte del CAE scientifico. Nel contesto appena descritto è di evidenza il ruolo centrale delle presentazioni tecniche, e, personalmente seguo e leggo con sempre vivace interesse l’invio degli abstracts; la ricchezza dei contenuti
è caratteristica di sempre, ma particolare significato assume tale connotato nel 2011, al di là di ogni litania pessimistica del
mondo economico; in sostanza la sfida tecnica e l’entusiasmo
dei singoli autori è a segno contrario delle palpitazioni negati-
ve della borsa e del cosiddetto mondo economico - finanziario.
In altri termini nella lettura dei singoli “abstract” si intravede la
risposta vera del mondo scientifico alla sfida dell’innovazione,
intrecciandosi tematiche nuove a problemi tecnici antichi, ricondotti a visioni di sintesi ma, contemporaneamente, di cura del
particolare. Al fine di dare concretezza a quanto scritto, propongo, in breve sintesi, una rivisitazione delle presentazioni, cercando di coglierne le singole opportunità innovative e ringraziando da subito i singoli autori per il tempo dedicato a condividere le propria esperienze con l’ ‘affamato’ mondo scientifico.
Il programma delle presentazioni, di fatto, propone due lavori di
sintesi: l’ing. Chiti della Ansaldo Breda affronta la complessità
del tema del fuoco, ponendo in essere lo studio di diversi scenari caratteristici del settore veicoli metropolitane e quindi individuando un approccio metodologico e predittivo a valle di
confronti sperimentali e di esperienze tecniche storiche: nella
stessa logica della sintesi del problema, si muovono le osserva-
High
Productivity
Computing
High
Productivity
Computing
High
Productivity
Computing
• Enhanced Productivity
• Seamless Integration
• Scalable Performance
• Productive and
Cost-Effective
• Foundation for
High Performance SOA
• Easy to deploy
and manage
zioni della fatica proposta dall’ing. Testi della Piaggio; infatti si
ritiene fortemente innovativa la strategia aziendale di affrontare una campagna prove facendola precedere da simulazioni numeriche realizzate positivamente in ambiente ANSYS Wb.
Rimanendo in ambito automobilistico sono estremamente interessanti le conclusioni proposte dal team della Pierburg (ingg.
Squarcini, Maccherini e Pellegrini) sul tema della fatica applicato alla scatola di una pompa a vuoto automobilistica; essi focalizzano l’attività sull’affidabilità del software in relazione alle
comparazioni sperimentali; in egual misura e sempre in ambito
automobilistico sono diretti gli sforzi dell’ing. Margini e dell’ing.
Francia della Lombardini al fine di trovare una metodologia efficiente in termini di tempistiche e accuratezza dei risultati sul
tema delle filettature; in campo automotive sono da segnalarsi
per difficoltà di analisi sia le considerazioni sui comportamenti
strutturali non lineari delle guarnizioni proposti dagli ingg.
Modeo e Di Meo della Magneti Marelli, sia la verifica della correttezza del modello tramite prove sperimentali proposta da
Pierburg. Altro tema Automotive in campo termo-elettrico-strutturale è stato oggetto di studio degli ingg.
Gonzales, Fasani e Mangini della MTA al fine
di sviluppare un modello ANSYS Wb capace di
predire il comportamento termoelettrico di
un fusibile. Le nuove frontiere tecnologiche
del FEM, cioè le applicazioni in ambito elettromagnetico attraverso l’uso dei programmi
della famiglia Ansoft (recente acquisto di
ANSYS), sono in effetti state oggetto di studi proposti sia dalla CADFEM relativamente
alla metodologia di approccio descritta nel lavoro su un pacco
batteria ed elettronica di potenza per veicoli ibridi elettrici
(HEVs) e veicoli elettrici (EV); esso descrive nel dettaglio la procedura di analisi attraverso diversi passi comprensivi dell’uso in
sequenza di ANSYS Wb, Mor e Simplorer; in ambito navale l’ing.
Bolognesi sintetizza invece alcune conclusioni relative all’uso di
Maxwell per simulare la trasmissione dati in ambiente marino a
bassa frequenza.
L’efficienza energetica dei motori elettrici nel dimensionamento
dei motoriduttori per la definizione degli stessi a parametri di
classe IE3 è stata la fatica dell’ing. Civolani della Rossi
Motoriduttori e dell’ing. D’Alessandro della EnginSoft : infatti
sfruttando le capacità sia di Maxwell che di RM-Expert hanno
qualificato il motore nella versione attuale comparando i risultati sperimentali della versione attuale con i calcoli del software ed hanno preparato l’implementazione dello stesso sfruttando
le conclusione relative a modifiche operate in forma virtuale.
Nell’ambito di sviluppi di dettaglio nelle applicazioni ANSYS si
distinguono ben tre papers; in ordine alfabetico si evidenzia il
lavoro di Ansaldo Energia che propone l’ing. Barberis: esso mostra le capacità di un nuovo tool (ZANSYS) per descrivere con
maggior facilità le leggi termo-strutturale per materiali anisotropi legati alle applicazione delle turbine a gas; Key to Metals mostra lo sviluppo di un Database di curve stress-strain ad applicazione ANSYS per diversi materiali (più di 10.000) ed infine l’ing.
Borrelli dell’ente Italiano di Ricerche Aerospaziale (Cira) in collaborazione con l’Università degli Studi di Napoli mostrano la
fruibilità di ANSYS relativamente all’applicazione in ambito compositi sul problema della delaminazione ovvero la rottura interlaminare tipica delle strutture in composito.
Il tema della correttezza della modellazione nelle analisi dinamiche e della necessità di tener conto delle non linearità del comportamento delle strutture è il tema centrale delle applicazioni
degli ingg. Bachschmid, Pesatori e Bistolfi della Franco Tosi
Meccanica che rivisita gli aspetti della definizione delle caratteristiche di attrito, dei contatti nelle declinazioni FEM per la corretta determinazione delle frequenze proprie in ambito turbomacchine; De Mercato della Trasfor propone nella sua presentazione l’uso di nCode-Infinite nelle considerazioni di fatica mostrando una nuova potenzialità di ANSYS attraverso l’integrazione di n-Code in ambiente Wb. Altri attori si succederanno a presentare attività in ambito meccanico relative a temi interessanti quali i 5 modelli di ‘spot welds’ in ambiente ANSYS del lavoro
dell’Università di Malta, così come di interesse sono sia le nuove frontiere di applicazione nella simulazione crash (ing. Gohner
della Dynamore), le applicazioni fluido-struttura in campo nucleare dell’ing. Valtorta e Lemcke della
Imi Nuclear. Le tematiche del neutrino saranno presenti anche alla conferenza e difatto le presentazioni dell’ing. Raffaelli
del Infn di Pisa e dell’ing. Rottoli della
Brembana in team con gli ingegneri
Peselli e Calsolaro della EnginSoft e con il
contributo importante del dott.
Sergiampietri del Cern affrontano le problematiche del criostato, il primo costringendo la progettazione all’uso di Ansys trovandosi impossibilitato all’uso delle formule per lo specifico caso dei recipienti in
pressioni, i secondi dovendo affrontare il dimensionamento di
un criostato dalle non usuali dimensione di 40mX20mX20m. La
novità tecnologica e la contestuale diversità degli argomenti
della conferenza sono sintetizzate nelle riflessioni tecniche della presentazione dell’ing. Monti della Saipem in collaborazione
con l’ing. Calsolaro della EnginSoft e il prezioso contributo teorico-numerico del prof. Camarri della Università di Pisa: infatti il
team ha analizzato sia dal punto di vista teorico che da quello
numerico le nuove capacità del codice Aqwa a soddisfare tecnicamente le esigenze progettuali del dipartimento Offshore dalla
Saipem diretto dall’ing Monti. La struttura della giornata tecnica, volta a mostrare le diverse applicazioni del software nelle
singole peculiarità in campo elettromeccanico, raggiunge pienamente nelle intenzioni l’obiettivo; vorrei infine ringraziare per la
preparazione e l’organizzazione dell’evento sotto il profilo squisitamente tecnico il team della EnginSoft nelle persone dell’ingg. Peselli, Meante, Perillo, Tomasi e D’Alessandro sia per la
puntualità tecnica che per la capacità di vivacizzare e dinamicizzare il rapporto tecnico con gli utenti e con i nostri fornitori; ritengo infine doveroso ringraziare il gruppo dell’Italian
ANSYS Advisory per il contributo tecnico-critico fornito sia al
fornitore software che alla platea degli utenti e il gruppo
Marketing della EnginSoft la dott. Cunico per gli aspetti organizzativi affatto semplici da coordinare.
Roberto Gonella, EnginSoft
SESSIONE FLUIDODINAMICA
CFD in un mondo multifisico e
multisistema
Gli Users’ Meeting organizzati da EnginSoft relativamente alla CFD hanno una storia ormai più che decennale, e sono occasione di incontro e “divertimento” per gli utenti della comunità CFD.
Uno dei primi Users’ Meeting si tenne a Caprino Veronese nel
2000 con uno meeting verticale, per la sola CFD, in un contesto familiare e “piovoso” con corsi sullo stato dell’arte per
la turbolenza e la combustione. Ora si torna nella provincia
di Verona a distanza di 11 anni con un contesto molto più
allargato grazie all’espansione di EnginSoft, alla crescita del
settore della CFD ed anche all’incorporazione da parte di
ANSYS di ICEM, CFX e Fluent. Conseguentemente il numero di
utenti è molto più vasto e copre gran parte del panorama industriale, scientifico ed
accademico Italiano ed internazionale. Ne sono la prova le presentazioni di queste sessioni che
vanno da applicazioni su stazioni
spaziali ed impianti nucleari, a
condotti di ventilazione e sistemi
di raffreddamento.
Si auspica una situazione meno piovosa quest’anno nella provincia di
Verona.
La CFD nel frattempo è cresciuta grazie ai propri utenti e gli
utenti sono cresciuti insieme alla CFD. Lo sviluppo dei modelli fisici, le potenzialità di meshatura con modellazione
parametrica, la potenza dell’HW e la parallelizzazione dei solutori permettono oggigiorno lo sviluppo e la soluzione di
applicazioni di alto livello con diversi gradi di complessità
del modello e precisione dei risultati.
La CFD non è più stand alone, ma permette applicazioni FSI
con interazione con il FEM e l’elettromagnetismo che sono
particolarmente userfriendly nell’ambiente WorkBench di
ANSYS. Inoltre la CFD è multisistema con interfacce verso
software di terze parti come Chemkin per la soluzione di chimiche e reazioni complesse, e Flowmaster per la soluzione
del sistema fluidodinamico, giusto per citare alcuni scenari
di applicazioni.
Gli abstract rispecchiano appunto questa evoluzione con paper relativamente ad applicazioni progettuali in campo industriale, ottimizzazione del prodotto, con un alto grado di
dettaglio ed innovativo.
La breve sintesi cita i contenuti dei paper, ringraziando i vari autori per lo sforzo, il contributo e la condivisione del proprio know-how.
Nel settore Aerospace troviamo il lavoro dell’ing. Vitale di
Avio che è presente nel settore di alta tecnologia dei motori aeronautici dove la concorrenza è di livello mondiale e dove gli obiettivi ACARE 2020 impongono target sulle emissioni per motori sempre più verdi in cui le simulazioni, in questo caso con ANSYS – CFX, sono assolutamente necessarie
per la predizione delle emissioni e loro riduzione. Ing. Nobili
di EnginSoft invece presenterà applicazioni squisitamente
spaziali e di nicchia per la termoventilazione di serre botaniche per stazioni spaziali e missioni planetarie, a testimoniare una delle presenze di EnginSoft nel settore dei progetti di ricerca a respiro internazionale.
Lo stato dell’arte della simulazione permette
ora di affrontare mediante procedure parametriche il design di alcuni componenti e le
presentazioni dell’ing. Mann di ANSYS per
l’aumento delle caratteristiche di portanza
di un UAV, insieme a quella del Consorzio
SIRE & Piaggio Aero relativamente al design del condotto di scarico del P180 testimoniano questo approccio progettuale
con la CFD.
Nel settore dell’energia ed applicazioni affini troviamo ing.
Barbato di Nuovo Pignone che presenta una applicazione
HVAC per sistemi di ventilazione per ambienti di turbine a
gas con un approccio multisistema, mediante un utilizzo
combinato e di Flowmaster per il monodimensionale e Fluent
per il tridimensionale.
Nel settore delle Turbine troviamo anche la presentazione
dell’ing. Pinelli relativamente alla camera di combustione di
una microturbina da 50KWel, dell’ing. Alba di Zeco relativamente questa volta ad una turbina idraulica Francis, con interessanti considerazioni sulle dinamiche di interazione tra
la macchina ed il canale di scarico; per finire la panoramica
sulle turbine viene completata dall’ ing. Raciti
dell’Università di Padova che presenterà un lavoro su turbine eoliche ad asse verticale.
Un altro settore energetico di particolare interesse è il
Nucleare, con un interventi di attualità relativi alla sicurezza di parti dell’impianto a seguito di scosse sismiche.
Ci sarà la simulazione dello sloshing con calcolo dei carichi
indotta sulla struttura e portata di massa di raffreddamento
persa sulla base di eccitazioni sismiche del grado di
Fukushima, presentato dall’ing. Alemberti di Ansaldo
Nucleare (forse il primo utente CFX in Italia più di vent’anni
fa), mentre l’ing. Valtorta di CADFEM Swisse presenterà un
argomento simile con approccio FSI per la ricerca della metodologia di calcolo più accurata relativamente alla predizione del moto della struttura che alloggia le barre di combustibile nucleare.
Nel settore della combustione e chimica troviamo le presentazioni di CSM-Tenova per sistemi di combustione rigenerativi con validazioni dei dati sperimentali di IFRF, di SUPSI
per la modellazione di reattori per l’ossidazione catalitica del
metano, e dell’Università di Bologna per l’ottimizzazione del
design di moduli a membrana per la separazione di idrogeno
in un processo di reforming. Queste ultime presentazioni richiedono alla CFD una certa complessità di modellistica fisica oltre che una notevole accuratezza numerica per la validazione dei risultati.
Nel settore dei trasporti su terra Magneti Marelli che è tra i
principali utilizzatori della suite ANSYS (FEM –CFD-EM) presenterà con l’ing. Di Paola esperienze su collettori di aspirazione per motori turbocompressi mentre ing. Lo Rito condividerà le proprie esperienze relativamente all’ottimizzazione
fluidodinamica di un inverter.
Per rimanere nel tema delle trasmissioni l’ing. Concli del
Politecnico di Milano mostrerà l’applicazione multifase per
moti d’olio nelle scatole cambio. Nel campo dell’HVAC troviamo invece l’ing. Mattiello di Centro Ricerche FIAT che presenterà l’analisi di risk management per scenari di perdita di
fluidi refrigeranti altamente infiammabili. Interessante invece il lavoro di Ansaldo Breda presentato dall’ing. Grazzini relativamente questa volta ad analisi di comfort termico per
carrozze ferroviarie, dove la dimensione e volumetria del dominio richiedono diverse simulazioni CFD prima di trovare
uno soluzione progettuale che rispetti le normative, prima di
passare a costose prove si prototipi fisici di ovvie grandi dimensioni.
Infine l’ing. Carappellucci di Piaggio mostrerà un’applicazione di raffreddamento motore, mentre l’Università di Tor
Vergata con l’ing. Evangelos mostrerà delle interessati metodologie di mesh morphing con applicazione FSI su vettura di
Formula 1.
Nel settore MCC troviamo Tetrapak che nelle persone dell’ing
Borsari ed Apparuti sta caratterizzando, sviluppando ed ottimizzando diversi sistemi relativamente alle proprie macchine per impacchettamento, dal sistema di riempimento, alla
camera asettica, al sistema di controllo del circuito 1D portando presentazioni; nella presentazione di questo UGM un
approccio FSI al sistema di riempimento verrà presentato.
Ing. Mazzucchelli di Tecniplast mostrerà invece uno studio di
ottimizzazione per tende anticontaminanti per sistemi di
ventilazione di gabbie per animali.
Nel settore High Performance Computing CINECA illustrerà il
porting parallelo su sistemi PLX-GPU.
Lorenzo Bucchieri, EnginSoft
SESSIONE OTTIMIZZAZIONE
Aspetti salienti e spunti delle relazioni
relative all’ottimizzazione
Il programma delle presentazioni per ciò che afferisce alle attività di integrazione del processo progettuale, ottimizzazione ed analisi dati, presenta anche quest’anno una
varietà di applicazioni non indifferente, ma con un denominatore comune ormai legato indissolubilmente ed indiscutibilmente all’impatto ambientale. Quindi se da una
parte si ricerca al solito la massimizzazione delle prestazioni, dall’altra l’efficienza ed il basso impatto ambientale sono divenuti ormai due obiettivi sempre presenti nei
problemi affrontati dai nostri utenti.
Ne è in tal senso un esempio la presentazione dell’ing.
Costa dell’Università di Bologna che in collaborazione con
l’ing. Pompucci di Ferrari SpA affronta l’ottimizzazione del
convertitore catalitico di un sistema di scarico che seppur
di un veicolo ad elevate prestazione deve garantire comunque il rispetto delle normative in termini di emissioni. Sempre nel settore automotive e sempre in ambito di
ottimizzazione fluidodinamica troviamo il lavoro svolto
dall’ing.
Agresta
di
Continental che, unendo
all’utilizzo di tecniche DoE
e degli algoritmi di ottimizzazione anche le potenzialità offerte da strumenti avanzati quali le
Superfici di Risposta
(RSM), riesce a velocizzare in modo sostanziale i tempi di calcolo dedicati all’ottimizzazione
di un iniettore multistream, avendo così
la possibilità di dare risposte in tempi rapidi alle richieste
di mercato nel rispetto delle normative sempre più stringenti sulle emissioni. Tali risultati sono stati poi anche
avallati sperimentalmente.
Sempre nel settore automobilistico, passando però dalle
supercar ai veicoli commerciali, trova spazio la presentazione dell’ing. Bianco di IVECO che ha sviluppato dei modelli predittivi per la simulazione multibody di comfort e
resistenza a fatica con specifica attenzione alla taratura
numerico-sperimentale del modello di pneumatico che
gioca in quel contesto un ruolo essenziale.
Nell’ottica ”verde” e quindi nel settore dell’energie rinnovabili ricade la presentazione dell’ing. Ridolfi di RFI relativa all’ottimizzazione del rendimento di una cella fotovoltaica in relazione al suo posizionamento e tenendo conto
statisticamente dell’esposizione solare, correlata al luogo
di installazione. Rimanendo nel settore energetico il team
M3E (Dott. Lovison, ingg. Janna e Teatini) ha riportato la
propria esperienza relativa ad una applicazione delle tecniche RSM atta alla caratterizzazione e creazione di un
modello predittivo di stoccaggio di gas nel sottosuolo che
consenta la valutazione dell’impatto ambientale che questo può avere.
Il settore delle energie rinnovabili vede inoltre la presentazione dell’ing. De Risi dell’Università del Salento che descrive l’innovativa applicazione di nanofluidi a struttura
gassosa come fluido vettore in impianti solari termici di
tipo PTC (Parabolic Trough Collector). Le configurazioni di
ottimo dell’impianto sono state investigate utilizzando
una strategia di ottimizzazione basata sugli algoritmi genetici. Un’applicazione riconducibile sempre allo sviluppo
di processi industriali eco-sostenibili e, nel caso specifico,
ad un diretto miglioramento della qualità di vita della popolazione, è l’attività presentata dall’ing. Cavaliere
dell’Università del Salento, nella quale il processo di sinterizzazione che
interviene nella prima fase della produzione dell’acciaio è stato studiato
(per mezzo di tecniche
RSM) rispetto ai parametri
di processo chimico-fisici
da cui dipende, allo scopo
di ridurre la formazione di
diossine (PCDD/F) nei limiti
imposti dagli standard europei.
Nell’ambito di processo, e nello specifico dei trattamenti
di carbocementazione e nitrurazione, l’ing. Cavaliere presenta una procedura sviluppata con EnginSoft nell’ambito
del progetto STAR-EXD (Simulation Technology Aeronautic
Research – EXperimental Data), in grado di correlare per
mezzo di tecniche RSM i parametri di processo (T, tempo
di trattamento, …) e la composizione chimica degli acciai
rispetto alle proprietà meccaniche dei trattamenti effettuati (profilo di durezza, …). Il progetto STAR-EXD è un
“Intervento cofinanziato dall'U.E. – F.E.S.R. sul P.O.
Regione Puglia 2007-2013, Asse I-Linea 1.1 - Azione1.1.2.
Aiuti agli Investimenti in Ricerca per le PMI”.
Altra collocazione trova invece la presentazione dell’ing.
Raiti di AnsaldoBreda con il quale è stata sviluppata una
metodologia
di
ottimizzazione,
accoppiando
modeFRONTIER ad ANSYS, nell’ambito del processo di progettazione di nuovi treni ad alta velocità. In questo caso
è stato possibile affrontare la tematica dell’ottimizzazione
in peso di un intero vagone, concettualmente innovativo,
rispetto ai circa 30 casi di carico strutturale operativi
(statici, dinamici, a fatica e ad instabilità).
Una interessante presentazione, applicata ad una tematica dove le tecnologie FEM stanno prendendo sempre maggiore campo cioè quella elettromagnetica, è stata fatta
dall’ing. Nicolich di ESTECO, mettendo anche in luce l’utilità di alcune novità inserite nell’ultima versione del software, modeFRONTIER 4.4.0, quali l'utilizzo di tecniche
ibride di ottimizzazione nonché dei nuovi algoritmi cosiddetti FAST, i quali sempre in automatico uniscono alle potenzialità dell'algoritmo di ottimizzazione quelle di sintesi delle Superfici di Risposta (RSM).
Uscendo dai settori dei trasporti e dell’energia, troviamo
la presentazione degli ingg. Apparuti e Torelli di Tetra Pak
che hanno sviluppato in modeFRONTIER una metodologia
che prevede la realizzazione di analisi DoE di modelli fluidodinamici 3D, sviluppati per riprodurre il funzionamento
di un particolare componente, sulla base delle quali vengono poi costruite delle RSM. Tali modelli atti a caratterizzare al meglio le criticità del componente sono successivamente integrati all’interno di modelli fluidodinamici
,
Take a break
1D a parametri concentrati, per la risoluzione del circuito
globale.
L’ing. Lettini di Casappa presenta invece i risultati raggiunti nello sviluppo di una soluzione ad hoc a partire da
una pompa standard che si debba adattare ad una particolare condizione. L’utilizzo di modeFRONTIER ha permesso a
Casappa di districarsi su un problema multi-obiettivo, ricco di vincoli e di non facile soluzione. A valle del riscontro sperimentale finale la nuova soluzione è stata poi presentata al cliente, che ha deciso di adottarla.
Lo studio e l’applicazione di materiali innovativi vede la
presentazione di due attività in cui modeFRONTIER è stato utilizzato per calibrare e validare, rispetto a dati sperimentali, le equazioni costitutive che stanno alla base di
opportuni modelli di materiali. L’attività presentata dall’ing. Borrelli del CIRA (Italian Aerospace Research Centre)
vede l’integrazione di LS-DYNA con modeFRONTIER allo
scopo di prevedere le situazioni di danno su piastre in
composito (CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer) in seguito ad eventi di impatto a bassa velocità. La presentazione dell’ing. Bonora dell’Università di Cassino è relativa
invece all’identificazione dei parametri del modello di materiale di Johnson-Holmquist (JH-2, usato solitamente per
descrivere il comportamento meccanico ad elevati strain
rate di materiali ceramici) per provini in silice fusa.
Francesco Franchini, EnginSoft
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20‑21 October 2011
AMD ‑ Combining Performance and Efficiency for HPC with Multicore and
Heterogeneous Computing (B. Stefanizzi, R. Dognini)
10.40
Engineering Simulation and Scientific Software (ESSS) ‑ Development of Custom
Turnkey Solutions For Subsurface Application un Oil&Gas (C. Maliska)
13.05 BUSINESS LUNCH
15.50 Nvidia ‑ Accelerate ANSYS Simulations on NVIDIA GPUs (E. Orlotti)
12.35 HP ‑ The new frontiers of HPC: the GPU Computing according to HP (P. Ladik)
12.15
11.55 CINECA ‑ The perspective and role of CINECA in HPC targeted to Industry (E. Ferrari)
11.35 ENI ‑ Numericam Modelling in Hydrocarbon exploitation (P. Ruffo)
11.15 M3E ‑ Advanced numerical methods for environmental modelling (G. Gambolati)
10.55 COFFEE BREAK
ANSALDO ‑ Ansaldo Energia and EnginSoft, an efficient global CAE partnership
(S. Santucci)
20th October
10.20
10.00 SNECMA ‑ Time compression with ANSYS Workbench (I. Vermeersch)
9.20 ANSYS ‑ Engineering the System with ANSYS (S. Subbiah)
9.00 EnginSoft, ANSYS ‑ Welcome Address (S. Odorizzi, C. Gomarasca)
(Auditorium Verdi)
PLENARY SESSION
20 OCTOBER 2011 ‑ MORNING
First Day
AVIO ‑ Numerical Validation on
Aeronautical combustion at high
presure consition
EnginSoft ‑ MELiSSA Project: plant
growing environment
characterization
EnginSoft ‑ State of the Art in the
Mechanical Simulation
(AUDITORIUM VERDI)
MTA ‑ Numerical Modeling of
Automotive Fuses Melting Time
IDNOVA ‑ FEM Analysis and
Validation through Manufacturing
of Electromagnetic devices for
communication application using
IEEE 1902.1 protocol
Key to Metals ‑ Development of a
Database for Stress‑Strain Curves
and Cyclic Properties
CADFEM Swisse ‑ Effective
Electrothermal Simulation for
Battery Pack and Power
Electronics in HEV/EV
EnginSoft ‑ State of the Art in the
Mechanical Simulation
Ansaldo Breda ‑ Advanced CAE
Design for increasing Railway
Vehicles Fire Safety Level
ANSYS ‑ Overcoming the
Challenges of Hybrid/Electric
Vehicle Traction Motor Design
Pierburg Pump Technology ‑
Evaluation of the Lifetime of an
Automotive Vacuum Pump
Housing
Piaggio ‑ FE analysis of a scooter
crankshaft
14.25
14.50
19.00
19.00
17.45
17.20
16.55
16.30
16.05
16.05
15.40
15.15
14.00
Tetra Pak ‑ Modelling of a
packaging machine filling system
using a hierarchical approach
University of Malta ‑ Experimental
Validation of Finite Element
Simulations to predict Welding
Induced Residual Stresses
Dynamore ‑ New features and
future directions in car crash
simulations with LS‑DYNA
Rossi Motoriduttori ‑ Research of
the maximum energy efficiency
for a three phase induction motor
by means of slots geometrical
optimization.
Magneti Marelli ‑ Gasket FEA
analysis for AIM application
Pierburg Pump Technology ‑
Modal Analysis Correlation By
Means Of FEM Approaches
Moldex 3D ‑ Integration of Injection
Molding and Structure CAE for
Mold Deformation Analysis
University of Padova ‑ Effect of
Airfoil Geometry on Darrieus
Vertical‑Axis Wind Turbine
Performance
University of Ferrara ‑ Numerical
Analysis of a Micro Gas Turbine
Combustor fed by liquid fuels
University of Bologna ‑ Improving
the design and the separation
performances of membrane
modules for H2 purification by
CFD simulations
SUPSI ‑ Effects of Packed Bed
Transport Properties Modeling on
CFD Simulations of a Short
Contact Time Reactor for Methane
Catalytic Partial Oxidation
EnginSoft GmbH‑ Morphological
Shape Optimization of a Multi‑
Element, Down‑Force Generating
Wing
University of Salento ‑ Numerical
and experimental evaluation of
structural impact behavior of
large pod for nautical applications
Casappa ‑ Optimization of the
valveplate geometry for a variable
displacement axial piston pump in
case of multiple design
constraints
Ansaldo Breda ‑ Structural
optimization of new high speed
train
Iveco ‑ Tyre set‑up for commercial
vehicle multibody model:
modeFRONTIER as a calibration
tool
Continental ‑ Multi‑Objective
Virtual Optimization for a target
GDI injector nozzle flow
achievement
Ferrari ‑ Numerical optimization of
the exhaust ow of a high‑
perfomance engine
Onleco ‑ La simulazione termo‑
energetica dinamica e
l'integrazione tra prestazione
energetica e comfort degli
ambienti confinati
Manens‑Tifs ‑ Ottimizzazione della
prestazione energetica di un
edificio con riferimento al
protocollo LEED
EURAC ‑ Uso di strumenti di
simulazione dinamica a supporto
dello sviluppo di soluzioni
innovative per l'edilizia
sosteniblile
EnginSoft ‑ BENIMPACT SUITE –
Piattaforma software per la
progettazione integrata di edifici
eco‑sostenibili
Università di Trieste ‑ Utilizzo di
algoritmi genetici per
l'ottimizzazione energetica di
superfici vetrate con sistemi solari
schermanti
Università di Trento ‑ Influenza dei
dati di input sui risultati delle
simulazioni dinamiche delle
prestazioni energetiche di un
edificio
Università di Trento ‑ Utilizzo di
metodologie di simulazione
energetica dinamica e di
ottimizzazione nel progetto di un
edificio “near zero energy”
Habitech/Distretto Tecnologico
Trentino ‑ Ruolo delle Tecnologie
ICT nell'edilizia sostenibile
certificata
Tetra Pak ‑ Integration of a fully
3D CFD model in a lumped
parameter system simulation
through the use of an explorative
DOE methodology
(with Microsoft Speech ‑ Software Development: From Concept to Operations)
CINECA ‑ HPC Deployment of
OpenFOAM at CINECA for
industrial settings
Tecniplast ‑ Laminar flow cabinet
study
Centro Sviluppo Materiali ‑ CFD
modelling of regenerative
combustion system
Trasfor ‑ Fatigue Assessment of a
Magnetic Component for Railway
Application
Lombardini Motori ‑ A novel
approach to simplified
representation of threaded
connections
GALA DINNER
Nuovo Pignone ‑ Combined 1D &
3D CFD Approach for GT
Ventilation System analysis
Zeco ‑ Virtual Testing of a Plant
with Hydro Francis Turbine
Ansaldo Nucleare ‑ Analysis of the
Sloshing of a Large Tank with
design‑basis and Fukushima‑like
Seismic Excitations
CADFEM Swisse ‑ Comparison of
hydrodynamic mass for CFD‑
coupled analyses
EnginSoft ‑ ECO‑BUILDING e
Tecnologie CAE, la necessità di un
incontro
(Beethoven Room)
ECO‑BUILDING Workshop
EnginSoft ‑ State of the Art in the
Multi‑Objective Optimization
Simulation
(Vivaldi Room)
EnginSoft ‑ State of the Art in the
CFD Simulation (BACH ROOM)
OPTIMIZATION SESSION
CFD SESSION
(Wagner Room)
COFFEE BREAK
University of Genova ‑ Engine
exhaust jets redeseign for the
P180 aircraft using
multidisciplinary simulations
ANSYS UK ‑ Engineering
Simulation For Unmanned Vehicle
Design and Development
EnginSoft ‑ State of the Art in the
CFD Simulation
(Bach Room)
(Salieri Room)
(Auditrium Verdi)
CFD SESSION
MECHANICAL SESSION
MECHANICAL SESSION
ESTECO ‑ Multi‑Objective
Optimization of Electromagnetical
Devices Integrating
modeFRONTIER with ANSYS
Maxwell
University of Salento ‑
modeFRONTIER analysis for
reducing emissions of PCDD/F in a
sintering ore plant
Piaggio ‑ The use of ANSYS CFX to
optimise the cooling circuit of an
internal combustion engine ‑ 2nd
part: thermal analysis
Ansaldo Breda ‑ Thermal comfort
in Driverless Light Metro: CFD
simulations versus experimental
data from climate chamber tests
INFN ‑ A liquid Xenon calorimeter
project for the Paul Scherrer
Institute Switzerland
University of Padova ‑ Simulation
and energy saving in simple solar
collector with reflective panels
and boiler
12.35
Costampress ‑ Quando lo
stampista diventa valore
aggiunto, esempio di
collaborazione
Teksid Aluminum ‑ Ottimizzazione
del regime termico di una
conchiglia a due figure per colata
a gravità di una testa cilindri
Università di Padova/DTG ‑
Optimising a step casting
geometry to evaluate the
mechanical properties of AM60B
Magnesium Alloy
BUSINESS LUNCH
University of Cassino ‑
Identification of the JH‑2
constitutive model parameters for
the fused silica using
modeFRONTIER
Politecnico di Milano ‑ Churning
power losses in planetary speed
reducer: computational‑
experimental analysis
CERN, EnginSoft, Brembana ‑
Conceptual design of insulated
modular LAr TPC detector for
LBNE
12.05
University of Salento ‑ Optimized
solar collectors for nanofluids
applications
M3E ‑ Evaluation of the
environmental impact of
underground gas storage and
sequestration
13.00
Transvalor – FORGE2011 ‑
Processes ‑ Transvalor
IFI/Gruppo Cividale ‑ Taratura
sperimentale di MAGMAsoft per il
processo di fusione a cera persa
IFUM Hanover, Germany –
Presented by Transvalor ‑
Numerical Investigations on the
Fatigue Failure of Forging Tools
due to Thermo‑Mechanical Cyclic
Loading
Transvalor ‑ ColdForm2011 ‑
Examples of Cold forming
processes simulations
Transvalor – FORGE2011 –
Prediction of Forging Defects
FEAT Group ‑ La simulazione del
processo di stampaggio a caldo di
acciaio mediante pressa:
prevedere con la simulazione i
problemi consente di risolverli a‑
priori, risparmiando nelle
campionature e nei fermo‑
macchina
Deutsche Edelstahlwerke,
Germany – Presented by
Transvalor ‑ Numerical forming
simulation at Deutsche
Edelstahlwerke
EnginSoft ‑ Introduzione ed
esperienze di simulazione a
supporto dei clienti italiani ‑
accordo di collaborazione con
Hydromec
(Wagner Room)
FORGE Italian Usersʼ Meeting
Saen ‑ Ottimizzazione del
processo di pressocolata
attraverso lʼintegrazione tra la
simulazione, la campionatura e il
laboratorio
Fonderie Mario Mazzucconi ‑
Limitare la formazione di bava:
analisi deformativa di uno stampo
LPDC a regime termico
COFFEE BREAK
University of Roma "Tor Vergata" ‑
Fluid Structure Interaction (FSI)
with RBF Morph: a Generic
Formula 1 Front End
Magneti Marelli ‑ Design
Optimization Inverter Device
University of Salento ‑ Carburizing
and Nitriding of steel
components: experimental and
numerical analysis
Centro Ricerche Fiat ‑ Fluid
refrigerant leak in a cabin
compartment: risk assessment by
CFD approach
Ansaldo Energia ‑ New materials
and their constitutive models in
ANSYS. Experience in plasticity
and viscoplasticity through
z‑ANSYS
Saipem ‑ Aqwa code and its
capabilities to solve offshore
operation requirements
CIRA ‑ Synergy between LS‑DYNA
and modeFRONTIER to predict
low velocity impact damage on
CFRP plates
Magneti Marelli ‑ SMART COOLING
AIM Heat Exchanger
Methodologies
Franco Tosi Meccanica ‑ Modeling
different contact conditions in
blade rows of turbomachinery
CIRA ‑ Cohesive Zone Material
model in ANSYS: a sensitivity
analysis on a DCB test cast
11.40
11.10
10.45
10.20
9.55
9.30
(Bach Room)
(Vivaldi Room)
(Salieri Room)
MAGMA ‑ Cost savings using
simulation
MAGMA Italian Usersʼ Meeting
OPTIMIZATION SESSION
CFD SESSION
(Auditrium Verdi)
21st October
MECHANICAL SESSION
21 OCTOBER 2011 ‑ MORNING
Second Day
Tutorial ed applicazioni industriali
Sviluppo delle performance
tramite i software numerici di
progettazione
Quadro descrittivo della logica
integrata di progettazione delle
strutture in composito
Introduzione agli strumenti di
base nella progettazione dei
materiali compositi
(Beethoven Room)
Workshop Compositi
17.00
16.30
16.00
15.30
15.00
14.40
14.20
14.00
Questions & Answers
SOFTWARE UPDATE
ANSYS ‑ Meshing
SOFTWARE UPDATE
EnginSoft ‑ AnsyStrip
Questions & Answers
SOFTWARE UPDATE
ANSYS ‑ Solver
Questions & Answers
SOFTWARE UPDATE
Roadmap of next modeFRONTIER
releases
SOFTWARE UPDATE
What's new in modeFRONTIER 4.4
SOFTWARE UPDATE
MAGMA developments and
outlook
SOFTWARE UPDATE
MAGMAsteel and MAGMAiron:
casting quality improvement
using simulation
Transvalor ‑ FORGE2011 –
Optimization through CAD
systems
SOFTWARE UPDATE
MAGMAhpdc: Full Die simulation
in High pressure die casting
Round table ‑ users' requests
Transvalor ‑ FORGE Prospective
Road Map
Transvalor ‑ FORGE2011 – Pre &
Post Enhancements
Riganti SpA ‑ Simulare lo
stampaggio al maglio: vantaggi
dalla preventivazione, alla
calibrazione del processo,
all'ottimizzazione della qualità di
particolari di grosse dimensioni
DIMEG ‑ Università di Padova ‑ La
simulazione numerica
nell'ottimizzazione dei processi di
forgiatura (Process simulation in
metalforming)
(Wagner Room)
FORGE Italian Usersʼ Meeting
SOFTWARE UPDATE
MAGMAstress: simulation of stress
and distorsion in casting and heat
treatment
Reactive Search ‑ The Grapheur
tool for data analysis and
visualization: 7D plot and
similarity maps
SOFTWARE UPDATE
EnginSoft ‑ ANSYS CFD: advanced
CFD set‑up and solution
EnginSoft Nordic ‑ Multiobjective
optimization with modeFRONTIER
applied to systems biology
SOFTWARE UPDATE
MAGMA c+m: simulation of Core
Shooting and Curing
Hill&Smith ‑ Solar Panel Support
Frame Development using
modeFRONTIER
MAGMA Italian Usersʼ Meeting
SOFTWARE UPDATE
EnginSoft ‑ ANSYS Workbench:
simulation and design
environment, and new meshing
paradigm
SOFTWARE UPDATE
ANSYS ‑ Meshing
SOFTWARE UPDATE
EnginSoft ‑ Mechanical
OPTIMIZATION SESSION
(Bach Room)
(Salieri Room)
(Auditrium Verdi)
(Vivaldi Room)
CFD SESSION
MECHANICAL SESSION
Questions & Answers
SOFTWARE UPDATE
ANSYS ‑ High Frequency
SOFTWARE UPDATE
EnginSoft ‑ Low Frequency
SOFTWARE UPDATE
ANSYS ‑ Electromagnetism
(Beethoven Room)
MECHANICAL SESSION
Bologna - Milano - Genova - Roma
We simplify
complexity
“Human Network” for
PCB Layout Design Service
Virtual prototype
Signal-Power Integrity
and Thermal analysis
Manufacturing
l i n keng i n e er i ng . i t
From
m design prototype
protottype modeling down to HiL test
t
SimulationX
Simulation
nX å/PEN-ULTIDOMAIN3OFTWARE0LATFORMFOR3YSTEM3IMULATIONAND6IRTUAL4ESTING
å/PEN-ULTIDOMAIN3OFTW
WARE0LATFORMFOR3YSTEM3IMULATIONAND6IRTUAL4ESTING
Modern industrial products embed complex electronic functions and control.
The development and validation of both mechanical and electronic design
require an early use of mixed models. SimulationX is an open multi-physics
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Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
23
Earth Breathing in Response to
Underground Gas Storage Revealed by
InSAR Measurements and Predicted by
a Transversally Isotropic
Geomechanical Model
Underground gas storage in depleted gas field, and more
recently in saline aquifers as well, is becoming a common
practice to cope with the growing energy demand in the cold
season and occurs in may places all over the world. In
response to summer gas injection and winter gas withdrawal,
the reservoir expands and contracts almost elastically,
namely it breaks like a living creature, with the overlying
land that moves accordingly. A few upper kilometres of the
earth crust are locally subject to three-dimensional (3D)
movements with the related cyclic motion of the ground
surface being both vertical and horizontal. The magnitude
and distribution of such movements depend on a number of
factors including: 1) burial depth, thickness and area extent
of the porous volume affected by the storage operation; 2)
cyclic pore pressure variation generated by gas injection and
extraction in both the reservoir and the surrounding aquifer;
and 3) hydrological and geomechanical properties of the
reservoir rock, the lateral aquifer and the overburden. Land
motion in its full entity can be accurately revealed by InSAR
measurements from space.
A geostatistical analysis is performed over the 5 year period
2003-2007 to remove the regional trend and the nugget
effect from the satellite interferometric data over a gas
reservoir of the Northern Italy used to store methane from
April to October and to pump it out from November to March
each year, with the aim at identifying and modelling the
vertical and horizontal components of the ground motion
that are strictly related to the cyclic gas storage. In
particular the horizontal displacements are hard to measure
and have been so far inferred mainly from theory. The present
note is concerned with the prediction of the seasonal earth
movement up and down as well as to and from the
injection/withdrawal wells. The land displacements measured
with the aid of the persistent scatterer interferometry (PSI)
are simulated by an advanced numerical geomechanical
model that proves capable to account reliably for the actual
geophysical process controlling the expansion and
contraction of a storage reservoir seated at a depth of 10501350 m and the overburden in the Po river plain.
The aforementioned model is a transversally isotropic model
that requires the definition of five geomechanical
parameters, namely the elastic Young moduli Ev and Eh and
the Poisson ratios vv and vh in the vertical and horizontal
plane, respectively, plus the shear modulus Gv in the vertical
plane. The medium deformation is primarily sensitive to Ev
and Eh and much less to vv and vh which vary over a plausible
quite restricted interval and play a relatively minor role.
Another important factor is the recompression index, i.e. the
ratio between I and II cycle vertical rock compressibility at
the load inversion that has been assumed to be equal to four,
consistent with the formation expansion measured in the
depleted/repressurized gas fields of the Northern Adriatic Sea
(Baù et al, 2002, Ferronato et al, 2003). The other parameter
values are: Eh/Ev = 3, Gv = Eh/2(1+vh), vv = 0.25 and vh = 0.15.
As regard to the vertical rock compressibility from which Ev
is derived, this is stress, and therefore depth, dependent, see
Baù et al (2002).
Fig. 1. a) Seasonal behaviour of the average gas pore pressure within the
storage reservoir over the 5 year period 2003-2007; b) vertical land
displacement (uplift and settlement) and c) West-East horizontal land
displacement as measured by the satellite interferometry and predicted by
the geomechanical model over the same period.
24 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
An essential information for the geomechanical model is the
fluctuating gas pore pressure within the field which is a
known variable (Figure 1a) and represents a strength source
under the form of space pressure gradient. Since the reservoir
is connected to a lateral aquifer (called “waterdrive” in
petroleum engineering) a groundwater flow model is also
needed and is developed to predict the water pore pressure
variation within the waterdrive as the result of the pressure
variation in the reservoir (Teatini et al, 2011). As a major
consequence the porous medium volume involved by the pore
pressure gradient is larger than the gas field itself with the
pore pressure unevenly distributed in both space and time.
The geomechanical model is calibrated against the
interferometric measurements over a five year period, i.e.
2003-2007. Figures 1b and 1c show the excellent agreement
between the simulated and the observed vertical and
horizontal displacement, respectively, at two representative
points over and close to the reservoir as indicated in Figure
1 (reflectors denoted 000GZ and 0007F, respectively). Note
the good correspondence between pressure (Figure 1a) and
land displacements (Figures 1b and 1c) in connection with
Fig. 2. a) Spatial land uplift and b) West-East horizontal land displacement
from April 2006 to November 2006 as predicted (solid lines) with the aid of
the geomechanical model and compared with the PSI results.
This article will be published on the ‘Water Resources Research’
journal, of the American Geophysical Union (AGU), the
premier scientific association for the Geosciences
(www.agu.org).
ABOUT THE AUTHOR
Prof. Giuseppe Gambolati received
his doctoral degree with honors in
Mechanical Engineering from the
Technical University of Turin. After a
short period as an assistant
professor at the Technical University
of Turin, in 1969 he left the
University and joined the IBM
Scientific Center of Venice with the specific commitment of
developing the mathematical model of anthropogenic land
subsidence of Venice. Gambolati's scientific career at IBM
spanned the period from 1969 to 1980: scientist (1972),
advisory scientist (1974), head of the hydrology programme
(1976), senior scientist (1980). In 1980 Gambolati was
appointed Professor of Numerical Methods at the School of
Engineering of the University of Padua. In 1987 he became
Director of the Institute of Applied Mathematics where he
promoted the founding of the Department of Mathematical
Methods and Models for Scientific Applications (DMMMSA),
which he chaired until December 1991 and he is currently
chairing since October 2009.
His research and professional activity are mainly concerned
with studies of natural and anthropogenic land subsidence,
groundwater flow, and subsurface contaminant transport,
and the validation and application of the corresponding
numerical models to real world problems. Prof. Gambolati
has contributed original computational approaches and
innovative engineering and environmental studies to each of
the aforementioned fields.
Gambolati has long been consultant to national and
international subsurface hydrology programmes, including
programmes managed by the Italian Ministry of the
Environment, Regional Governments (Friuli-Venezia Giulia),
Municipalities (Ravenna) and the National Electricity Board
(ENEL), and has coordinated the EU environmental projects
CENAS (Coastline Evolution of the Upper Adriatic Sea Due to
Sea Level Rise and Natural and Anthropogenic Land
Subsidence) and RACOS (Radionuclide Contamination of Soil
and Groundwater at the Lake Karachai Waste Disposal Site
(Russia) and the Chernobyl Accident Site (Ukraine): Field
Analysis and Modeling Study).
The collaboration between Prof.
Gambolati, Gambolati’s team at
the Dept. Of Mathematical
Methods and Modes for Scientific
Applications, and EnginSoft is
well established, and recently lead to a joint initiative,
launched as a spin-off of the University of Padova, named
M3E, Mathematical Methodes and Models for Engineering
(EnginSoft Newsletter, Year 8, n. 2, 62)
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
the injection and the withdrawal phases. To provide an idea
of the complex spatial pattern of land motion and model
reliability in substantially capturing the occurrence over a
complete injection/extraction cycle, see Figures 2a and 2b
that show the computed land uplift and horizontal movement
from April 2006 to November 2006 as compared with the
satellite measurements. On consideration of the very small
values recorded (on the order of a few mm) that inevitably
incorporate local disturbances, it may be concluded that the
transversally isotropic model overall matches the
geomechanical process very successfully.
It may be interesting to evaluate how much gas can be stored
if the gas pore pressure is pushed beyond the original in situ
pressure pi prior to the field development and the
corresponding earth breathing. A prediction has been made
with a maximum overpressure equal to 120% pi. It is worth
noting that starting from the lowest pressure of 75% pi, i.e.
the pore pressure experienced at the field abandonment, the
120% pi allows for the methane stored per cycle to be
increased by approximately three times as much the quantity
disposed of at 100% pi. Such a large increase of the working
gas volume is due mainly to the groundwater displacement in
the waterdrive (accounting for 60-65%) and, secondarily, the
methane compression caused by the maximum overpressure
(30-35%) and finally the elastic reservoir expansion (1-2%).
The latter migrates to the surface giving rise to a vertical
land excursion equal to 27 mm while the largest horizontal
land oscillation close to the field border is 23 mm (Teatini et
al, 2011). So actually the earth breathes as gas is seasonally
stored into and extracted from a depleted gas field with the
largest vertical and horizontal motion on the order of few cm
overall (at least for gas reservoirs of the Po river plain). Land
moves elastically up and down and West-East and viceversa
during each annual cycle. However, only a very small fraction
of the gas injected and released is due to the
contraction/expansion of the reservoir.
REFERENCES
[1] Bau’ D., M. Ferronato, G. Gambolati and P. Teatini, Basinscale compressibility of the Northern Adriatic by the
radioactive marker technique, Geotechnique, 52(8), 605616, 2002.
[2] Ferronato M., G. Gambolati and P. Teatini, Unloadingreloading uniaxial compressibility of deep reservoirs by
marker measurements, 11th Int. Symp. on Deformation
Measurements, Santorini Island (Greece), May 25-28,
2003.
[3] Teatini P., N. Castelletto, M. Ferronato, G. Gambolati et
al, Geomechanical response to seasonal gas storage in
depleted reservoirs: a case study in the Po River Plain,
Italy, J. Geophys. Res., 116, doi:10.1029/2010JF001793,
2011.
Giuseppe Gambolati,
University of Padova, ITALY
25
Prof. Giuseppe Gambolati will be a key-note speaker at the
Special Session of the EnginSoft International Conference on
GEOMODELLING
IN THE OIL AND GAS INDUSTRY
Geomodelling plays a key role in the oil and gas engineering.
Numerical models cover a wide range of applications related
to disciplines encompassing structural geology, sedimentary
basin dynamics, and geomechanics in general. Trapping of
hydrocarbons, reservoir simulations, fault-related geological
problems, land subsidence phenomena and the like are all
problems which today are given a realistic and increasingly
accurate description, with a tremendous impact on decisions
at all levels.
As to geomechanical processes, the major driving
mechanisms refer to two different sources: the pressure
variation induced by the motion of pore fluids, and changing
in the overburden load. The first mechanism is activated
whenever an underground reservoir is used for either
withdrawal or injection purposes. In the former case, the
fluid extraction causes a decrease of the effective stress with
a consequent compaction of the porous medium, while in
the latter the opposite effect is experienced, i.e., a swelling
of the injected formation. Numerical simulation helps
predicting the deep deformations occurring in these
processes, hence avoiding or, in some cases taking
advantage of, the pore collapse induced by the medium
fracturing. Various consequences should be expected on the
ground surface, known as land subsidence phenomena.
Activation of existing faults - which can slide or open due to
perturbation of the stress states – are also predictable by
modeling, as well as the effects of changes in the
overburden load on the deformation occurring in the
geological deposition of sedimentary basins, whose
reconstruction is of paramount importance to identify areas
which can potentially host hydrocarbon reservoirs.
These models require huge computational resources to
reproduce accurately the complex geometries of deep
subsurface formations, addressing problems of regional size.
HPC is here the only answer.
The special session at the conference will give a flavor of
what is achieved by – and what is the impact of - numerical
modeling and HPC in this field.
26 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Esperienze di simulazione di
stampaggio a freddo di acciaio con
presse automatiche multi stazione:
l’ottimizzazione di processo come
strumento per ottenere le migliori
prestazioni e la massima qualità
I processi di lavorazione dei materiali metallici per deformazione plastica sono la chiave per l’ottenimento di componenti meccanici di elevata qualità. Questo tipo di processo
non comporta infatti variazioni strutturali del metallo, che
mantiene quindi le sue caratteristiche meccaniche e resistenziali.
Lo stampaggio a freddo si ottiene mediante presse meccaniche automatiche multistazione, dove il preformato viene
trasferito tra una stazione e la successiva mediante sistemi
transfer molto rapidi. Per garantire una maggior resistenza
agli elevati livelli di carico dovuti alla deformazione a freddo del metallo gli stampi sono sovente costituiti da più parti di materiali anche differenti, parti montate in sequenza
mediante interferenza termica/meccanica. Per garantire un
sufficiente riempimento di forme profonde si ricorre talvolta all’utilizzo di stampi flottanti montati su molle/cuscini in
grado di guidare il materiale in modo più efficace.
Punto critico di queste lavorazioni è sempre trovare il giusto compromesso tra la minima quantità di materiale necessaria per ottenere il componente e l’individuazione delle
corretta sequenza di deformazione, in modo da garantire un
riempimento corretto senza difetti e piegature. Nella pratica produttiva queste operazioni di aggiustamento e calibrazione sono effettuate dalle persone con maggiore esperienza pratica di stampaggio nell’azienda e sono frutto di una
lunga serie di prove sul campo.
In altri casi l’utilizzo delle macchine non è ottimale: l’errata distribuzione della deformazione tra le varie stazioni può
portare a comprimere dei pezzi già completamente riempiti,
sovraccaricando la macchina e deteriorando gli stampi.
Tutte le scelte, riassumendo, sono dettate dall’esperienza: il
progettista non ha modo di testare nuove soluzioni per ottimizzare il proprio processo.
La Simulazione di Processo:
un nuovo approccio progettuale
Da alcuni anni è disponibile un approccio nuovo al problema dell’ottenimento di pezzi di qualità per stampaggio a
freddo: la simulazione del processo. Mediante software molto sofisticati in grado di effettuare una miriade di calcoli
matematici partendo dalle informazioni geometriche e fisiche del processo è possibile prevedere come il materiale an-
drà a scorrere tra gli stampi per formare il pezzo. In altre
parole lo stampatore può finalmente “mettere la testa tra
gli stampi” e vedere cosa succede (fig. 1). La simulazione
consente di verificare in modo virtuale se la configurazione
di stampaggio ipotizzata è efficace o meno, non impegnando quindi tempo e risorse nella costruzione degli stampi e
nelle preserie. La possibilità di sperimentare nuove soluzioni senza andare in macchina consente quindi al progettista
di migliorare la qualità dei suoi particolari stampati, ottimizzare le condizioni di processo e ridurre i costi di produzione.
Obiettivo di questo articolo è una rassegna di applicazioni
industriali reali, nei quali il software ColdForm, prodotto da
Transvalor S.A. e distribuito in Italia da EnginSoft, ha permesso di ottenere dei miglioramenti sensibili della qualità
dei pezzi prodotti, oltre che una riduzione del materiale in
bava. Molti degli esempi che verranno mostrati fanno parte
dell’esperienza accumulata dai tecnici di EnginSoft in oltre
quindici anni di attività di consulenza e supporto nel sottore dello stampaggio.
Fig. 1 – sequenza di stampaggio e tranciatura di una vite
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
Quali sono gli aspetti che rendono ColdForm lo strumento adatto alla simulazione del processo di stampaggio a
freddo di acciaio?
Normalmente le matrici/punzoni/spine hanno una forma anche molto complessa e provengono da CAD anche molto diversi: ColdForm garantisce la massima compatibilità nell’importazione attraverso i formati .stl o .step ed il rapido ottenimento di superfici adatte alla simulazione attraverso meshatori 2D e 3D rapidi e precisi. Secondo aspetto la conoscenza del materiale in funzione delle temperature e velocità di deformazione: ColdForm ha un database di oltre 200
leghe ferrose e non dove sono definite le funzioni sforzodeformazione elasto-plastiche dei materiali alla temperatura di stampaggio. È possibile inoltre definire i propri materiali partendo dalla proprietà meccaniche quali snervamento
e rottura. Per quanto riguarda il contatto pezzo-stampi, in
ColdForm sono implementate le leggi di attrito e di scambio termico validate mediante confronto con la realtà, con
la possibilità di applicare lubrificazioni localizzate degli
utensili. Venendo quindi alla definizione della cinematica, è
possibile sfruttare un database completo di presse meccaniche tradizionali, ma anche, preformatrici assiali e tangenziali o presse utente. Tale flessibilità non va però a scapito della semplicità d’uso: per ogni tipologia di processo sono presenti un template ed un help on-line che lo rende di semplice ed immediato apprendimento.
Volendo entrare nello specifico dei processi di deformazione
plastica a freddo dei materiali metallici, acciaio in primis, si
identificano dei settori di applicazione ben specifici:
Thin Sheet forming (fig. 2): deformazione di lamiere, ottenuta attraverso diversi passaggi di piegatura o imbutitura. Nel caso di lamiere sottili (pochi mm) si preferisce adottare un approccio 2D/3D, con strumenti specifici (EnginSoft
utilizza e distribuisce il prodotto “Forming Suite” di FTI –
www.forming.com), in grado calcolare forma e dimensioni
del blank e di evidenziare le grinzature e le zone di rottura
del materiale. In questo ambito trovano applicazione anche
Fig. 2b - analisi base di formabilità
strumenti specifici di ottimizzazione del layout di tranciatura (nesting tradizionale e progressivo).
Thick sheet forming (fig. 3): nel caso di lamiere spesse,
l’interesse è rivolto a quello che accade nello spessore e
quindi il calcolo con ColdForm consente di valutare lo spessore della lamiera deformata e aspetti importanti, quali la
deformazione legata al ritorno elastico. Recentemente il
modello è stato migliorato in modo da considerare gli effet-
Fig. 3a – stampaggio flottante e ritorno elastico
Fig. 3b – anisotropia del materiale
Fig. 2a - calcolo del blank e del nesting
27
Fig. 3c – piegatura profili mediante treno di rulli
28 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
ti legati all’anisotropia del materiale, secondo il modello di
Hill.
Ogni tipo di piegatura o imbutitura può essere simulato. Tra
i processi più complessi si segnalano le operazioni di piegatura di profili (fig. 3c), ottenute dal passaggio attraverso
treni di rulli: la flessibilità di ColdForm nell’impostazione di
cinematiche di traslazione/rotazione rende possibile la valutazione di macchine di questo tipo;
i processi di formatura incrementale, dove dei rullini adagiano il materiale su un mandrino in rotazione.
La simulazione dei processi di stampaggio a freddo
di viteria e minuteria
Nel presente articolo si cercherà di fare il punto sullo stato
dell’arte nel campo della simulazione dei processi di stampaggio a freddo di viteria e minuteria: cosa è possibile si-
Fig. 7 – sequenza di produzione di una vite
Fig. 4 – sequenza di formatura da filo
Bulk forming (fig. 4): deformazione da filo per ottenere
minuterie metalliche, viti, bulloni, …con macchine automatiche multi stazione (fig. 4). Questo sarà il tema principale
del presente articolo.
Fig 5 – rivettaura e trazione vite
Riveting (fig.5): in generale, tutte le valutazioni che possono essere effettuate nella fase di montaggio ed in esercizio di un fastener.
Rolling e incremental forming (fig. 6): lavorazioni formatura a freddo per rotazione, quali la rollatura di anelli o la
laminazione interna con movimento a spirale del mandrino,
possono essere simulate con ColdForm. Lo stesso dicasi per
Fig 6 – rollatura e formatura incrementale
mulare e che risultati significativi si ottengono. Seguiremo
quindi una vite ed un bullone dalla bobina di filo alla messa in opera (fig. 7).
a. Trafilatura del filo: il processo produttivo parte da una
bobina di filo, dove il materiale è stato già trafilato, con
una riduzione di sezione che ha comportato un accumulo di deformazione ed un incrudimento superficiale, che
deve essere considerato per una corretta previsione degli
scorrimenti del materiale nelle successive fasi di deformazione;
b. Operazioni di estrusione del gambo e di formatura della
testa: solitamente assialsimmetriche, vengono simulate
con analisi 2D molto rapide in grado di deformare il
materiale fino a riempire le zone più massive;
c. Operazioni di sagomatura e finitura: i dettagli quali la
forma
esagonale
e
l’impronta
a
taglio/stella/brugola/multilobata si ottengono nelle fasi
finali e richiedono una simulazione 3D, eventualmente
semplificata con l’applicazione di piani di simmetria. In
queste fasi la massima attenzione è rivolta al riempimento dell’impronta ed alla eventuale formazione di
ripieghe;
d. Tranciatura delle bave: non sempre necessaria, consente
di eliminare il materiale in eccesso sulla testa, legato al
processo di deformazione applicato. Può essere simulata, per avere evidenza della forza necessaria alla tranciatura e le deformazioni conseguenti nel materiale, oppure si può effettuare una rimozione booleana del materiale in bava e generare così la geometria corretta per la/e
successive fasi di calibrazione;
e. Rollatura del filetto: operazione finale molto delicata,
dove la vite passa attraverso dei rulli zigrinati, in grado
di deformare il materiale con la creazione del filetto. In
questa fase, complessa da simulare per le molte rotazioni che si ottengono, si punta a valutare la corretta crescita del materiale a formare i denti in rilievo.
Riducendo ulteriormente l’analisi alle operazioni di deformazione, caratteristiche distintive del processo sono:
• Utilizzo di macchine automatiche multi stazione, dove il
risultato di ogni operazione è trasferito alla successiva.
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
Fig. 8. - pressa automatica multi-stazione e calcolo della
deflessione della pressa
29
ti per intrappolamento di lubrificanti;
•
Creazione di ripieghe: la geometria delle
matrici obbliga il materiale a ripiegare su se stesso, formando delle ripieghe che possono essere
critiche per la qualità del pezzo se rimangono
nella zona interna e non eliminate con la successiva tranciatura. ColdForm recentemente ha visto
introdurre un nuovo approccio per la tracciatura
delle ripieghe, evidenziate ora attraverso dei
marcatori (fig. 10) in grado di seguire il materiale durante lo scorrimento. È quindi possibile non
ColdForm prevede introduzione della legge di
movimento della pressa meccanica attraverso
un semplice modello, ma soprattutto consente l’impostazione di una sequenza di operazioni 2D e/o 3D, con il trasferimento automatico di tutti i risultati calcolati da una fase
alla successiva. Il tecnico risolve quindi una
intera sequenza con una singola operazione. Fig. 11 – sequenza di stampaggio di un silent
In un’analisi più avanzata si può anche tener block e confronto con geometria ideale (ALTIA
Fontanafredda)
conto della deflessione della pressa (fig. 8),
solo individuare la posizione e la profondità di una ripielegata ai diversi carichi che devono sopportare le diverga, ma anche capire se questa rimarrà all’interno del
se stazioni.
pezzo o sarà localizzata in bava;
• Necessità di considerare il ritorno elastico all’estrazione
del pezzo dalle matrici: ColdForm valuta il recupero delAltri risultati che vengono normalmente valutati sono la dela parte elastica della deformazione all’apertura degli
formazione equivalente del materiale, utile ad identificare le
stampi, trasferendo all’operazione successiva una geozone maggiormente stirate, e la distribuzione di temperatumetria più grande e con
ra, che evidenzia eventuali surriscaldamenti. Di interesse è
una distribuzione di tenanche la valutazione della fibratura del materiale, in grado
sioni inferiore;
di garantire una corretta orientazione del materiale, ma anche di evidenziare eventuali ripieghe sottopelle.
Per quanto riguarda l’analisi
dei risultati, il progettista
Il pezzo ottenuto da una sequenza anche complessa di openormalmente è interessato
razioni, può essere confrontato con la geometria da otteneai due aspetti:
re, evidenziando mancanze e sovrametalli (fig. 11).
• Riempimento: il materiale è sufficiente per riempire la geometria tra le
Fig. 9 – analisi dei contatti – in rosso
matrici/punzoni/spine, le mancanze
oppure vi sono delle
mancanze legate ad una errata stima del materiale in
entrata od ad una distribuzione non corretta dello stesso nelle fasi precedenti? Lo strumento dei contatti consente di colorare in blu le parti a contatto con le matrici ed in rosso le mancanze di riempimento
(fig. 9). Seguire il flusso
di materiale mediante
Fig. 12 – configurazione “a botte” con difetto e “conica” senza difetto e
dei vettori di velocità,
con miglior riempimento (Legrand)
assieme alla visualizzazione dei contatti consente di comprendere in
Si riporta di seguito un esempio pratico di come la simuladettaglio come il matezione abbia supportato i tecnici nella risoluzione di un diriale viene deformato,
fetto di stampaggio presente sulla parte esterna della testa
individuando possibili
di una vite (fig. 12). La configurazione “a botte” scelta per
sacche isolate di non Fig. 10 – ripiega tracciata con i
la formatura della testa comportava nella successiva fase di
contatto, possibili difet- marcatori
finitura una ricalcatura di materiale sulla superficie esterna
30 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
e un non completo riempimento dell’impronta interna. Non
potendo intervenire sullo stampo di finitura, la cui geometria era vincolata, si è deciso di valutare diverse possibili
geometrie della fase di formatura. L’assialsimmetria ha aiutato a semplificare il calcolo e la possibilità di avere un
chaining automatico delle operazioni di effettuare il calcolo di diverse sequenze in parallelo. La configurazioni migliore si è rivelata essere una forma “conica”, in grado distri-
Vi sono altri processi di tranciatura di precisione, tra i quali il fine banking, per i quali l’obiettivo è quello di ottenere una superficie di taglio la più netta possibile, con tolleranze molto strette. La flessibilità di Coldform nell’imposta-
Fig. 14a – tranciatura di rondelle (Panzeri)
Fig. 13 – stampaggio bullone: processo di deformazione, tranciatura ed
inserimento inserto in nylon
buire in modo differente il materiale. Il difetto esterno è
stato eliminato e si è ottenuto anche un maggiore riempimento dell’impronta, che ha decisamente migliorato il trasferimento della coppia dal cacciavite alla vite in fase di
esercizio.
Un altro esempio significativo è relativo al campo della produzione di bulloni, dove le analisi effettuate hanno riguardato tutte le fasi di produzione (fig. 13).
La sequenza di stampaggio è stata migliorata per limitare le
mancanze di riempimento tipiche di componenti esagonali
ottenuti per deformazione da filo. Si è quindi simulata la fase di tranciatura, per valutare la forma della superficie tranciata. Il bullone è stato quindi soggetto ad un’analisi di
chiusura del bordo superiore sull’inserto autobloccante in
nylon. L’accoppiamento è stato infine valutato a rotazione,
in modo da valutare la coppia resistente finale.
Fig. 14b – tranciatura fine di particolari complessi (Feintool)
zione di sequenze di operazioni, ognuna con configurazioni
flottanti, assieme alle funzioni di auto-adattività della
mesh, in grado di aumentare il dettaglio nella zone di tranciatura, rendono possibile affrontare la simulazione anche di
questo processo con la necessaria qualità richiesta per i risultati (fig. 14b).
Nel campo dello stampaggio a freddo gli “stampi” sono solitamente delle matrici e dei punzoni/spine in acciaio, quindi pressoché dello stesso materiale da deformare: la superficie delle matrici/punzoni è soggetta anch’essa a deformazioni importanti, che possono portare ad una perdita di tolleranza sul pezzo finale o addirittura a rottura degli stessi.
Per questo motivo spesso si utilizzano configurazioni “blindate”, con inserti in metallo duro (TiC o Widia), pre-caricate per interferenza mediante uno o più livelli di anelli esterni (Tool-stack). Tale accorgimento consente di creare uno
stato di interno di compressione, in grado di abbassare i livelli di carico sopportati nella fase di stampaggio.
Considerare quindi “rigidi” gli stampi può essere una buona
approssimazione in termini di flusso di materiale, ma non
consente di ottenere informazioni in merito allo stato deformativo/a rottura degli utensili. È necessaria quindi una
analisi a stampi deformabili che tenga conto di tutti questi
effetti: ColdForm consente di specificare geometria e mate-
Un altro ambito ben specifico di utilizzo di ColdForm è per
quanto riguarda la modellazione dei processi di tranciatura
da lastra. Tale processo viene normalmente utilizzato per la
produzione di rondelle rotonde piane o altri particolari diversamente sagomati. Per le tipologia più semplici si procede mediante un punzone, che va a tranciare una certa parte di materiale, portando localmente a rottura. Criticità del
processo sono la valutazione della qualità della superficie di
trancia al variare del profilo del punzone e della matrice e del materiale utilizzato. ColdForm è in grado di modellare l’intero procedere della frattura, dall’incurvamento superficiale in prossimità del punzone, alla superficie di scorrimento superiore, fino all’innesco ed alla propagazione della frattura (fig. 14a). Una volta calibrati i parametri delle funzioni di rottura, le misurazioni effettuabili nei risultati delle simulazioni sono
Fig. 15 – analisi a stampi deformabili di inserti precaricati e virtual interference fit
molto vicine ai riscontri del processo reale.
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
31
rata del percorso di rollatura. Dal punto di vista della simulazione vi è la necessita di avere un calcolo robusto su una numero molto
elevato di incrementi e la necessità di avere
un elevato dettaglio nelle zone ove il materiale va a “riempire” il profilo: ColdForm è in
grado di valutare correttamente tutti gli slittamenti della vite tra i rulli e le deformazioni
locali sui denti grazie and una mesh autoFig. 16 – analisi degli stampi per configurazione di stampaggio a freddo di forcella (Omega I.F.S.)
adattiva che viene rigenerata più volte durante il calcolo. Tutte le operazioni di calibrazione del processo possono essere condotte in virtuale, pressoriale di ogni inserto, con la relativa interferenza tra gli anelché eliminando gli interventi a bordo macchina.
li, sia in un approccio completo, sia attraverso il “virtual interference fit” in grado di calcolare l’effetto risultante dei
blindaggi sulla superficie esterna dell’inserto (fig. 15).
Ottimizzazione automatica del processo di
stampaggio a freddo
Lo sviluppo del software in questi anni ha avuto come tema
Per quanto riguarda possibili rotture degli stampi, il calcolo
principale il rendere il più possibile automatiche le operaa stampi deformabili consente di valutare le zone maggiorzioni da effettuare per simulare una sequenza, introducenmente soggette alle sollecitazioni. Nel caso di seguito riportato, in produzione si riscontrava la frattura della matrice di
do strumenti quali il chaining già descritti in precedenza. Il
progettista si è però sempre trovato a dover fare delle scelestrusione dovuta all’eccessiva sollecitazione di trazione acte in base ai risultati delle simulazioni ed ipotizzare delle
cumulata. La simulazione effettuata con ColdForm (fig. 16)
configurazioni alternative, valutando quindi gli effetti delle
ha consentito di individuare la zona maggiormente sollecimodifiche apportate. Tale lavoro di “trial & error” virtuale
tata ed intervenire, mediante opportuni blindaggi esterni in
modo da ridurre, il valore nella zona critica. La nuova connon consentiva di individuare la migliore configurazione
possibile, ma solamente una migliore della precedente.
figurazione ha consentito di eliminare la rottura e di prolunLa maggiore innovazione introdotta di recente nel software
gare in modo significativo la vita utile degli stampi.
ColdForm è la possibilità di effettuare una procedura di ottimizzazione automatica, in grado di individuare la migliore
combinazione dei parametri di processo per ottenere il particolare della migliore qualità possibile. L’utente è chiamato
a definire il range di variazione dei parametri del proprio
processo, ad esempio le dimensioni e la posizione del filo,
le corse di stampaggio, ma anche le geometrie delle matrici/punzoni/stampi e gli obiettivi da raggiungere, quali ad
esempio il completo riempimento dell’impronta, il rispetto
di alcune tolleranze dimensionali, l’assenza di ripieghe. Il
software creerà una prima generazione di individui, ognuna
costituita da una sequenza di stampaggio, effettuerà i calcoli e selezionerà i migliori individui che andranno a costituire la base per le successive generazioni. Tale approccio
porta alla rapida individuazione della configurazione di ottimo. Vediamo l’applicazione di questo approccio in un paio di esempi di stampaggio a freddo.
Fig. 17 – rollatura del filetto – la posizione della vite rispetto ai rulli
influenza il riempimento del profilo
Un altro tema di interesse nel campo dello stampaggio a
freddo di viteria sono le operazioni di rollatura del filetto
per deformazione tra due rulli opportunamente zigrinati
(fig.17). Il processo è industrialmente ben noto, ma la messa a punto dello stesso è basata sull’esperienza: punti critici sono la posizione di entrata della vite tra i rulli e la du-
Minimizzare la deflessione di un punzone: la configurazione
descritta nell’immagine seguente (fig. 18) è relativa ad un
punzone leggermente fuori centro, la cui notevole deflessione, oltre 0.2 mm, unita agli elevati livelli di stress conseguenti, ne comportava la rottura durante lo stampaggio. Nel
progetto di ottimizzazione i parametri che sono stati definiti sono stati la forma della superficie di testa del punzone (angolo e raggio di curvatura) mediante il collegamento
diretto a Pro-E. La procedura di ottimizzazione ha individuato quale migliore risultato una configurazione per la quale
la deflessione laterale è stata ridotta a 0.055mm e un livello di stress decisamente inferiore al caso originale.
32 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
L’approccio di ottimizzazione è stato applicato a due configurazioni della stessa famiglia di prodotti, ma con dimensioni differenti, ottenendo dei risultati davvero significativi
nel risparmio di materiale, come evidenzianto nella tabella
sottostante:
Le tecniche di ottimizzazione sono ovviamente utilizzabili
in una miriade di processi ed applicazioni: ColdForm è stato studiato per avere una interfaccia di ottimizzazione decisamente facile da utilizzare, aspetto questo che rende
molto rapida la definizione di un progetto anche molto complesso.
Fig. 18 – deflessione del punzone fuori centro: da 0.2mm a 0.055mm
(BOLLHOFF OTALU)
Un altro studio ha riguardato la minimizzazione del materiale utilizzato per una configurazione vite + rondella + dado
utilizzata per serrare due lastre non parallele (fig. 19). Nello
specifico si è cercato di ottenere un limitato spostamento
del sistema dato un certo carico ed una limitata deformazione dei due oggetti. Il design iniziale è stato ottenuto
usando le regole tradizionali di progettazione. Nel software
è stato sfruttato il link con il CAD esterno Solidworks per
modificare in modo opportuno la geometria di vite, rondella e bullone.
Fig. 19a – definizione della configurazione e parametri impostati nel CAD
(Lisi Aerospace)
Fig. 19b – risultati dello studio di ottimizzazione effettuato (Lisi Aerospace)
Conclusioni
La presente panoramica ha evidenziato come oggi sia possibile simulare tutte le operazioni necessarie alla produzione di un particolare in acciaio stampato a freddo, incluse le
fasi di tranciatura e test in esercizio. I principali vantaggi
dell’introduzione di ColdForm come strumento di riferimento per la progettazione dei processi di stampaggio a freddo
sono la possibilità di valutare a priori, a tendere ancora in
fase di preventivazione la realizzabilità di un particolare,
minimizzando il materiale in bava. Con la simulazione si eliminano quasi completamente gli aggiustamenti necessari
quando si mette a punto un nuovo processo, evitando i costi relativi alla lavorazione di stampi prototipo e i fermi
macchina necessari per la campionatura. Se le simulazioni
sono fatte a-posteriori, ogni modifica apportata agli stampi ed il relativo effetto sulla qualità del pezzo sono valutabili senza la necessità di costose prove reali sotto la pressa. L’introduzione di ColdForm in ufficio tecnico consente
infatti una profonda comprensione delle dinamiche di flusso del materiale tra gli stampi e delle criticità del proprio
processo. Risolvere una problematica attraverso la simulazione consente ai tecnici di acquistare via via una maggiore sicurezza nell’affrontare famiglie di prodotti simili, ma
anche di fare delle valutazioni, ancora in fase di preventivazione, delle criticità di nuovi particolari da produrre: tutte le esperienze fatte con il software possono infatti essere
archiviate e diventano patrimonio dell’azienda, utile
anche a far crescere rapidamente delle nuove figure
che andranno via via ad integrare e poi sostituire le figure storiche esperte di
stampaggio. L’acquisto del
software ColdForm e il
know-how che l’azienda acquisisce con la formazione
specifica di EnginSoft sono
un vantaggio competitivo
che ha immediate ricadute
concrete sul miglioramento
del proprio modo di produrre, consentendo un rapido
ammortamento dell’investi-
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
Panzeri
La Panzeri S.p.A. ha intrapreso un'espansione in settori a
lei nuovi con un conseguente
sviluppo in conoscenze e tecnologie ed un aggiornamento
degli strumenti di lavoro con i
quali soddisfare una duplice
funzione: interna legata agli studi di fattibilità e alle ottimizzazioni di processo, esterna nei casi in cui l'azienda entri attivamente
nella fase di progettazione. L’ing. Luca Panzeri, direttore generale
di Panzeri SpA ha dichiataro: ”il software ColdForm ci consente di
valutare le zone di mancato riempimento e quelle soggette a deformazioni vicine al limite di frattura. Sono stati così analizzati e
ottimizzati i cicli di particolari già in produzione, ottenendo una
significativa riduzione dei costi di lavorazione, passando dal paradigma del “cerco un modo di fare” a quello del “cerco il miglior
modo di fare”. L’apporto di EnginSoft è stato fondamentale nella
fase di primo apprendimento, e soprattutto quando le configurazioni da risolvere sono divenute via via più complesse e la loro
esperienza di anni di utilizzo dello strumento ci ha decisamente
accelerato l’impostazione e la corretta soluzione di queste tipologie.”
ALTIA Fontanafredda
ALTIA Fontanafredda si è affermata come
fornitore di secondo livello dei più importanti produttori europei di componenti
per auto. La continua ricerca di nuove
tecnologie e il costante impegno nell’innovare e affinare i processi di produzione
sono i punti di forza di ALTIA che le hanno consentito di diventare un’azienda di riferimento per l'industria automobilistica europea. Per mantenere questo livello di eccellenza, un importante investimento è stato fatto per dotare i reparti Progettazione, Ricerca
e Sviluppo di strumenti all'avanguardia quali il software ColdForm,
che consente di verificare e simulare le nuove soluzioni tecniche
nella fase di progettazione, per i nuovi particolari sempre più complessi che ci vengono richiesti dai nostri clienti. Gianfanco
Marcandella, responsabile R&D di ALTIA Fontanafredda, ha dichiarato: “Grazie a ColdForm siamo in grado di evidenziare a priori
comportamenti anomali del materiale, controllato che il processo
non comprometta l’integrità del particolare e verificare la geometria degli stampi in funzione della configurazione finale del pezzo.
È inoltre possibile stabilire la potenza totale necessaria allo stampaggio, scegliendo la pressa più idonea allo scopo e limitando usure anomale o precoci degli stampi nelle varie posizioni, evitando
così eventuali sostituzioni indesiderate”.
“Grazie all'affiancamento dei tecnici EnginSoft” - ha concluso
l’ing. Marcandella - “abbiamo potuto interpretare i risultati in modo da limitare al minimo il tempo di campionatura sulla pressa e
le operazioni di ripresa alla macchina utensile, con una più rapida
messa in produzione ed una sensibile riduzione dei costi unitari di
produzione”.
33
mento necessario. EnginSoft ha una esperienza di oltre 15
anni nell’utilizzo di ColdForm ed è in grado di ascoltare le
più svariate esigenze provenienti dalle industrie e rispondere con delle soluzioni su misura, dai servizi alla formazione,
base ed avanzata, all’uso del software, agli affiancamenti
on-job.
Per informazioni, rivolgersi a:
Ing. Marcello Gabrielli – EnginSoft
[email protected]
Dichiarazioni di utilizzatori di
ColdForm nello stampaggio a
freddo di acciaio
DA-TOR
Da-Tor S.p.A. ha scelto Coldform dopo
aver effettuato alcune esperienze di simulazione con EnginSoft dalla quali sono emerse la competenza dei tecnici di
EnginSoft nell’affrontare casi complessi,
insieme alla consistenza ed alla facilità
d'uso dello strumento per una applicazione industriale dello strumento. Nella successiva fase di formazione ed affiancamento all'uso del software, l'esperienza di EnginSoft è stata decisiva per
passare dalle simulazioni più semplici ai casi più complicati.
L'esperienza che i tecnici di Da-Tor S.p.A. stanno acquisendo ogni
giorno nell'uso della simulazione numerica con ColdForm sta avendo delle sensibili ricadute sulla qualità del processo produttivo.
Giovanni Rocca, Amministratore Delegato di Da-Tor S.p.A., ha individuato i seguenti vantaggi ottenuti con l'uso di ColdForm:
• analizzare il flusso di materiale con l'analisi dei contatti consente di individuare possibili mancanze o difetti;
• la possibilità di testare in modo virtuale differenti configurazioni fa risparmiare tempo e costi di creazione/rifacimento di
stampi, limitando al minimo le campionature;
• la possibilità di verificare a priori delle soluzioni innovative,
che consentano di eliminare i difetti di stampaggio e la ripresa alla macchina utensile;
• l'analisi della potenza totale necessaria per ogni stazione in
modo da scegliere correttamente la pressa e ripartire il carico;
• la limitazione di usure anomali o precoci degli stampi nelle
varie posizioni, in modo da avere un deterioramento bilanciato degli stampi e non dover sostituire delle particolari posizioni prima delle altre.
L'applicazione dell'approccio di simulazione con ColdForm a tutti i
particolari attualmente in produzione consente inoltre a Da-Tor
S.p.A. di costruire un archivio di problematiche risolte per famiglie
di prodotti, limitando al minimo il tempo di campionatura sulla
pressa e le operazioni di ripresa alla macchina utensile con una più
rapida messa in produzione ed una sensibile riduzione dei costi
unitari di produzione.
34 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
FORGE 2011
Release Notes
Nel mese di giugno 2011 è stato rilasciato da Transvalor il nuovo pacchetto di simulazione Forge 2011, lo strumento ideale per
la simulazione dell’intero processo di stampaggio a caldo o a
freddo dei più svariati componenti (alberi, giunti, ingranaggi,
flange, raccordi, cuscinetti, bulloni, viti, fasteners, …). È possibile simulare la sequenza completa di un processo di forgiatura
multistadio, con una cinematica degli stampi anche molto complessa (stampi flottanti o pre-caricati), seguita da raffreddamenti, tranciatura bave e/o trattamenti termici.
La nuova versione è stata sviluppata da Transvalor S.A. seguendo i suggerimenti degli utilizzatori, con l’obiettivo primario di
far risparmiare tempo nelle tre fasi tipiche di simulazione: impostazione del progetto, soluzione, analisi dei risultati. Di seguito
daremo evidenza dei principali miglioramenti introdotti per migliorare la produttività.
Fig.2 - Menu di selezione delle lingue
Nuove opzioni per l’impostazione dei progetti
Gli interventi sul pre-processore riguardano due ambiti principali: specifiche del programma e miglioramenti dei modelli dedicati a specifici processi di deformazione. Per il primo aspetto, la
nuova versione a 64 bit consente ora una maggior robustezza
nella gestione di mesh di volume di parecchi milioni di nodi,
rendendo possibile un dettaglio dei risultati prima non raggiungibile. Tra le altre migliorie introdotte, una migliore armonizzazione di analisi 2D e 3D, una migliore gestione del salvataggio
dei risultati e della loro modifica/cancellazione. Per quanto riguarda invece i modelli di processo, le migliorie più significative introdotte sono le seguenti:
• Stampaggio a caldo: introduzione di nuova pressa link-drive
attraverso modello parametrico validato con la realtà. Miglior
controllo dell’energia per magli;
• Rollatura di preformatura: migliorati i modelli di attrito, con
una migliore previsione degli slittamenti e delle deformazioni della billetta tra i rulli (fig. 3);
Fig.1 - solution launcher
Installazione e struttura del programma
Il programma ha una struttura server-client, con la possibilità di
installare una macchina server, sulla quale verranno effettuate
tutte le attività e un numero a piacere di macchine client, incluse nel contratto standard di licenza, deputate alla preparazione
dei calcoli ed all’analisi dei risultati. Da questa versione i client
sono completamente indipendenti dal server e possono essere
scollegati dal server una volta inoltrato il job di calcolo da risolvere. Questo consente un utilizzo più efficiente delle macchine
client, che possono essere quindi spente o utilizzate per altre attività. Il software può essere installato in versione windows 32
o 64 bit o in versione linux. Nella versione HPC, dedicata alle
workstation di calcolo o ai cluster, il software è in grado di gestire in modo stabile la parallelizzazione fino a 32 core.
Altro aspetto importante è la localizzazione del software: è possibile scegliere tra francese, inglese, tedesco, spagnolo, portoghese, italiano e giapponese (fig. 2). La novità più importante
è però che la traduzione comprende sia i comandi dell’interfaccia, che tutti i template di progetto, quindi ogni opzione è tradotta nel linguaggio scelto, rendendo più immediata la comprensione.
Fig. 3 - rollatura tangenziale billetta
• Stampaggio a stampi aperti: rivisto ed ottimizzato il modo
di salvataggio dei risultati, prosegue l’integrazione con
Thercast per la valutazione della chiusura delle porosità di
colata (fig. 4 - fig. 7);
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
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di Forge vengono indicate le feature parametriche del CAD sulle
quali si vuole intervenire e l’ottimizzatore guida in background
il CAD, facendo generare la geometria corretta ed utilizzandola
poi per la simulazione da risolvere. Tra i casi risolti grazie a questa nuova opzione, l’individuazione della migliore forma di un
punzone in modo da minimizzarne la flessione laterale e la rottura o il calcolo della migliore forma di una rondella di fissaggio
per lamiere non parallele, per la quale si è risparmiato oltre il
20% di materiale ottenendo un miglioramento nel serraggio (fig.
9).
Fig. 4 - stampaggio a stampi aperti con formatura di dentatura interna
• Laminazione circolare: possibilità di creare i profili dei rulli
in Forge, possibilità di introdurre un raffreddamento iniziale
dell’anello, possibilità di calcolare movimenti e rotazioni di
tutti i rulli, compresi i rulli di centraggio, significativa riduzione dei tempi di calcolo grazie all’approccio ALE ed alla
parallelizzazione del calcolo (fig. 8);
• Stampaggio di non ferrosi (ottone ed alluminio): miglioramento funzioni di contatto per la gestione delle ripieghe in
impronta e nelle bave, introduzione di presse idrauliche a
cinematica utente, deciso miglioramento delle funzioni di
calcolo delle sacche di aria/lubrificante e relativa gestione
degli sfiati - utilizzabile in tutti gli altri ambiti - (fig. 10);
• Stampaggio a freddo sheet -> deformazione o idroformatura
lastre: possibilità di creare e calcolare materiali anisotropici, calcolo automatico dello spessore;
• Stampaggio a freddo bulk => viterie e minuterie: migliorate
le funzioni di chaining per concatenare diverse operazioni
2D e 3D, possibilità di calcolare la ricottura del filo, calcolo
degli stampi accoppiato o non accoppiato con modelli di
interferenza virtuale;
• Rollatura di finitura: rivisto completamente il modello di calcolo per la rollatura di filetti o impronte al termine dello
stampaggio, con abbattimento dei tempi di calcolo (fig. 5);
Per ogni modello la descrizione passo-passo dei singoli passaggi è descritta nell’help, che è stato profondamente rivisto ed integra ora anche dei contributi filmati per meglio guidare nell’im-
Sempre per l’ottimizzatore sono state riviste le modalità di impostazione di diversi casi, con l’introduzione di nuovi obiettivi e
nuovi vincoli. Il modello per l’analisi inversa, utile ad esempio
per trovare i parametri di definizione di un materiale senza effettuare le prove di caratterizzazione, è stato completamente riscritto e reso più immediato.
Miglioramento delle routine di calcolo
Per quanto riguarda la soluzione dei progetti, si è già accennato alle modifiche introdotte per rendere più efficiente la gestione dei calcoli da client e la gestione dei file di batch per il calcolo in serie di varie simulazioni sfruttando fino a 32 cores. Il
lavoro “dietro le quinte” sulle routine di calcolo è stato altrettanto accurato ed ha portato ad un deciso miglioramento dell’accuratezza del calcolo grazie a nuove funzioni di contatto, alla creazione ex-novo di un solutore 2D decisamente più rapido
ed efficiente, al miglioramento delle funzioni di trasporto in 3D
ed al supporto di OpenMPI 1.4.2 and MPich 2 1.3 per il calcolo
parallelo. Tutto questo si traduce in un solutore più rapido e robusto, in grado di garantire risultati accurati anche in situazioni difficili con mesh con milioni di nodi, ripieghe estese o complesse, processi con molti incrementi quali la laminazione circolare o orbitale o la formatura incrementale.
Nuovo report-manager per l’analisi dei risultati
La novità principale della versione 2011 è lo strumento “report
manager” (fig. 6) che consente la generazione in automatico dei
report di calcolo in formato Microsoft Word o Powerpoint. Nel
post-processore Glview Inova, ora nativo a 64 bit, è possibile
ora indicare quali risultati (immagini, tabelle di dati, animazio-
Fig. 5 - rollatura vite
postazione delle varie opzioni. Per quanto riguarda infine l’ottimizzatore automatico compreso nel pacchetto, la novità principale è la possibilità di interagire con le piattaforme CAD più diffuse: Pro-Engineer, CATIA, Unigraphics, Solidworks. Dall’interno
Fig. 6 - automatic report
36 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Fig.7 - calcolo porosità del lingotto ed evoluzione durante la deformazione
ni, file vtf, …) si vogliono inserire nel report di calcolo. Per
ognuno di essi è possibile inserire un commento di testo a descrizione del risultato. Una volta terminata l’analisi dei risultati
il sistema è in grado di generare in automatico un report di calcolo completo, partendo da un modello di documento personalizzato con loghi e fomattazione dell’azienda. Aspetto importante è la possibilità, sia in formato Word, che Powerpoint, di inserire delle animazioni mediante i file .vtf, nei quali è possibile
cambiare il punto di vista e fare degli zoom, in modo da andare
nel dettaglio dell’analisi. I tempi necessari alla generazione dei
report di calcolo si sono quindi ridotti al minimo, eliminando
tutti gli errori legati al copia-incolla delle informazioni tra strumenti diversi.
Per quanto riguarda poi alcuni risultati specifici il modello di rilevazione delle ripieghe è stato ulteriormente migliorato, rendendo ora possibile localizzare facilmente le ripieghe attraverso
un marcatore rosso, quindi seguirne l’evoluzione attraverso dei
sensori che consentono di valutarne forma e profondità. Sono
stati aggiunti anche altri strumenti per seguire meglio lo spostamento di punti specifici del materiale, tracciandone la traiettoria, oppure per meglio gestire la fibratura del materiale o
eventuali ripieghe sottopelle. Per meglio seguire come si formano tali ripieghe è stato
introdotto anche un piano sezione che segue la
cinematica degli stampi,
in modo da consentire di
mantenere la stessa posizione relativa con le
matrici. Proprio il tema
dei difetti di stampaggio
è stato oggetto di un
Fig.8 - laminazione circolare con rulli di
tentativo di classificacentraggio
zione da parte di
Transvalor nel recente European Users’ Meeting: prossimamente
su questa newsletter pubblicheremo i risultati di questo studio,
con l’indicazione dei risultati più indicati per evidenziare un particolare comportamento non voluto del materiale.
Conclusioni
Forge 2011 è il frutto del costante lavoro di sviluppo di
Transvalor e delle ricerche condotte nel CEMEF, centro di eccellenza nello studio del comportamento a deformazione dei materiali metallici. Il costante rapporto con gli utilizzatori ed i distributori come EnginSoft forniscono continui spunti per il mi-
glioramento dello strumento, richieste che vengono soddisfatte
in ogni successiva versione. Forge cresce e diviene sempre più
facile da utilizzare, robusto, accurato e preciso. La maturità raggiunta dal prodotto consente sempre un facile e rapido inserimento in qualsiasi ambiente tecnico, per la progettazione di
prodotti ottenuti per stampaggio e l’ottimizzazione dei relativi
processi produttivi. Con Forge 2011 è quindi possibile migliorare rapidamente la qualità dei pezzi, ridurre gli sprechi di materiale e aumentare la durata degli stampi e delle macchine di
stampaggio. È possibile inoltre valutare in modo anticipato senza sorprese la stampabilità di nuove forme o di materiali poco
conosciuti.
Fig.9 - minimizzazione deflessione laterale punzone => link
dell’ottimizzatore con il CAD
EnginSoft, distributore in Italia del software Forge, grazie a tecnici specializzati con oltre 15 anni di esperienza, offre alle
aziende del settore oltre al supporto nell’installazione, formazione del personale ed avviamento all’uso, anche attività di simulazione su commessa, con impostazione del caso, analisi dei risultati e consulenza sull’ottimizzazione del processo.
Per maggiori informazioni:
Ing. Marcello Gabrielli - EnginSoft
[email protected]
Fig.10 - stampaggio di ottone a forare (4 punzoni) su cuscino
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
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FERROLI:
Passione, Professionalità, Dedizione
Dal 1957 il gruppo Ferroli si occupa di elementi per impianti di
riscaldamento e condizionamento per l’ambiente domestico e
industriale con passione, professionalità e dedizione.
Oggi conta 5 divisioni produttive (riscaldamento, climatizzazione, idromassaggio, termoarredo e motori) e 7 unità
di produzione dislocate in 4
Paesi e 10 unità commerciali
in 9 Paesi.
Visita il sito di Ferroli all’indirizzo:
http://www.ferroli.it/
L’utilizzo di MAGMASOFT e MAGMAfrontier
nella progettazione
Fra le attività di simulazione svolte negli ultimi anni con
MAGMASOFT merita un’attenzione particolare la riprogettazione e ottimizzazione della colata di uno stampo mono-impronta, già in produzione, per il “RADIATORE 350”.
La produzione presentava un livello di scarto troppo elevato, imputabile principalmente a porosità da inglobamento d’aria.
Tale studio ha avuto come obiettivo principale la
ricerca del miglior sistema di colata per massimizzare la qualità finale del componente, relativamente al rischio di inglobamenti d’aria.
Innanzitutto sono state definite 4 aree geometriche del radiatore nel quale raggiungere differenti
livelli qualitativi (aspetti estetici e aspetti funzionali).
Per raggiungere gli obiettivi di qualità stabiliti nell’ottimizzazione, sono state definite le variabili geometriche e
quelle di iniezione (curva di inizione) che potevano variare e il loro intervallo di variazione. All’interno di
MAGMAfrontier il modello geometrico del ramo di colata e
dei pozzetti è stato parametrizzato (curvatura del ramo
principale, altezza del restringimento del ramo in prossimità della curvatura, presenza di interruzioni lungo l’attacco, velocità di seconda fase, ecc…).
La fase di ottimizzazione con MAGMAfrontier ha considerato complessivamente la valutazione di 227 configurazioni di colata in 2 settimane di lavoro. Al termine di questa
fase la configurazione ID43 è stata considerata quella “ottimale” per i migliori indici di qualità estetica nelle quattro aree di valutazione.
Le modifiche geometriche sono state subito apportate allo stampo esistente e si è proceduto alla campionatura e
produzione di un primo lotto di 46.000 radiatori, utilizzando la nuova curva di iniezione ottimizzata, con il risultato di ottenere uno scarto complessivo inferiore all’1% e
con un tempo ciclo ridotto dell’8%, rispetto ai valori di
produzione precedenti.
Perché EnginSoft e MAGMASOFT in Ferroli
“Sin dalle prime stampate si è potuto apprezzare la notevole differenza nella facilità di stampaggio dei pezzi, tanto che, in una settimana di produzione, NESSUN ELEMENTO HA PRESENTATO DIFETTI DI RIEMPIMENTO O POROSITÀ.
La nuova configurazione non solo ha eliminato completamente i difetti di stampaggio, ma ha reso possibile lavorare anche con temperature dell’alluminio inferiori alle
precedenti, conservando la qualità del getto. Questo fattore, in particolare, ci ha permesso, tra l’altro, di RIDURRE DELL’8% IL TEMPO CICLO della pressa, aumentando,
quindi, la produttività della stessa”… “A metà della scorsa settimana, inoltre, sono stati lavorati in linea circa
46.000 elementi di “nuova” produzione senza nessun rile-
vante problema, sia dal punto di vista del riempimento
dell’aletta faccia vista, che di tenuta a pressione degli elementi” ha dichiarato l’Ing. Alessandro Garlet,
Responsabile del Reparto di Pressocolata dello
Stabilimento della Ferroli di Alano (BL).
E ha così proseguito: “Con questo tipo di risultati è ovvio
che nell’ottica di un’attenta ricerca dell’efficienza in produzione, non si può più ignorare l’aiuto che può fornire
l’ottimizzatore automatico di MAGMAfrontier e per questo
prevediamo di continuare ad avvalerci delle competenze
tecniche di EnginSoft, per raggiungere gli obiettivi di riduzione dei costi e di qualità del prodotto, che sono propri della Ferroli”.
38 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
EnginSoft Interviewed
Mr. Matteo Cova,
Engineer at SACMI
1. What is or should be the role of
innovation
in
the
industrial/
entrepreneurial world?
In our globalized world innovation is
essential to develop and establish new and
solid opportunities for business.
Innovation is the engine of a virtuous
circle, a combination of strengths and
tradition. It develops with these elements
for good. Inside the company, these paths
have to be diverse and contemporary:
while I am “launching” a solution, I
already think about the next innovation.
2. What are the strategies leading to the status of being
innovative and which assessments push innovation?
They are attention to the latest trends, monitoring of technology
development, as well as smart staff selection, formation and
motivation.
This last aspect is often crucial: actually the word “Innovation”
stands for “changing the order of already existing things with the
aim to do new things”. This is hard because all employees are
forced to evolve, while human beings tend to like routine. However,
when circumstances require it, humans are the most able creatures
to adapt or change. This means that the manager has to let his/her
employees understand the need for change.
3. What is the role of CAE tools and virtual prototyping in this
context?
Designers can “detect” a direction of development and these tools
allow them to obtain the optimal condition in a shortened period
of time, with a high awareness of the quality of the results. The
situation is different with topological optimizers, which are able to
“suggest” the direction to follow in terms of the object’s shape.
4. How have users’ needs changed in the last years?
According to our experience, while the use of CAE tools has spread
more and more, the educational level of the average user has
decreased. There are three levels of users: the first one includes
designers (usually technical experts), who use these tools to
perform linear analyses for first and preliminary evaluations. On the
second level, we find other designers (technical experts or
engineers) who have the structural responsibility for a new project.
Through non-linear analyses, they take the machine to the final
definition, in terms of experimental assessments, e.g.
extensometer and quality specifications (e.g.: raw materials). These
are usually draftsmen that allow to speed up the evolutional flow.
The last group are the experts, who until ten years ago, were the
only ones to use these tools risking to become just a “machine
EnginSoft intervista
l’ing. Matteo Cova
di SACMI
1. Che spazio ha (e dovrebbe avere) l’innovazione nel mondo industriale/impresariale?
In un mondo globalizzato l’innovazione è una prassi imprescindibile per creare nuove e solide opportunità di business.
L’innovazione è il motore di un circolo virtuoso in cui è seguita da consolidamento e tradizione, e con questi stessi si
confronta per non essere fine a se stessa. Nell’azienda questi
percorsi devono essere molteplici e contemporanei: mentre
“lancio” una soluzione sto già ricercando la prossima innovazione.
2. Quali sono le strategie per essere innovativi e quali valutazioni spingono all’innovazione?
Attenzione alle nuove tendenze, monitoraggio delle evoluzioni delle tecnologie, corretta selezione formazione e motivazione del
personale. Questo ultimo aspetto è spesso cruciale, infatti “Innovare
= alterare l’ordine delle cose stabilite per fare cose nuove”. È impegnativo perché costringe tutti i dipendenti non “fermarsi”, mentre
l’uomo è rassicurato dalla routine. Ma nel bisogno è anche l’animale
più capace di adattamento ovvero di cambiamento: il ruolo del manager è anche rendere compartecipi della necessità del cambiamento.
3. Che ruolo ricoprono gli strumenti CAE e di prototipazione virtuale in tal senso?
Il progettista “vede” una direzione di sviluppo. Con lo strumento può
ottenere la condizione ottimale in tempi ridotti e con elevata consapevolezza della qualità del risultato. Un discorso a parte, in campo strutturale, la meritano gli ottimizzatori topologici: questi possono “suggerire” la direzione da prendere in termini di forma dell’oggetto.
4. Come sono cambiate le esigenze degli utilizzatori negli ultimi
anni?
La nostra esperienza è che negli ultimi anni l’allargamento dell’utilizzo degli strumenti CAE ha inevitabilmente abbassato il livello scolastico dell’utilizzatore medio. Si sono distinti tre livelli di utilizzatori: nel primo vi sono i progettisti (in genere periti tecnici) che ne
hanno fatto uno degli strumenti a loro disposizione, effettuando
analisi lineari per prime valutazioni di massima. Il secondo livello è
rappresentato da progettisti (periti tecnici o ingegneri) che hanno
generalmente la responsabilità strutturale del nuovo progetto.
Tramite analisi non lineari portano la macchina fino a definizione finale anche in termini di verifiche sperimentali (es.: estensimetri) e
capitolato di qualità (es.: materie prime). Quasi sempre questi sono
anche i “disegnatori” permettendo di snellire notevolmente il flusso
evolutivo. L’ultimo ruolo è quello dello specialista. Dieci anni fa era
l’unico ad usare lo strumento col rischio di diventare “un’interfaccia
macchina”. Oggi in SACMI si occupa di definire metodologie e tool
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
interface”. In SACMI, these experts are responsible for
implementing customized methodologies and tools, materials’
characterization, internal training, complex analyses and
optimizations.
5. What are the advantages you have found in your job and how
has your approach to design changed production?
CAE tools together with the possibility to increase the performance
in terms of weight, reduce the uncertainty of the final solution,
allowing us to understand diverse phenomena. In other words,
these are very formative tools. At the same time, once the
correctness of the given solution has been assimilated, the openend area, the research area, moves from the computational model
to the correct evaluation of the input data (e.g.: materials’
characterization) and result elaboration (e.g.: fatigue analysis).
6. How has EnginSoft contributed and how has it enhanced
quality, potentialities and skills of your company?
EnginSoft has always offered a variety of products and services,
both as a partner for important projects and as our guide to assess
new tools. The fact that EnginSoft has an international,
multidisciplinary and academic character is challenging and
interesting for us. Actually, we have to remind ourselves sometimes,
that the main elements of our strong relations with the company
are the competencies and availability of its technical experts.
7. What are the future challenges for these computational tools?
They are: coping with more and more complex problems and
reducing at the same time the efforts to comprehend the full
capabilities of the software. This allows users to analyze what
comes before and after the analysis. Another goal is to take the
geometrical modification in view of the optimization (e.g.: mesh
morphing) and to make a more fluid and robust customization and
interaction with other software, especially when using the
subsequent version.
8. What are the projects, objectives and new targets in your
plans that you can develop and achieve by using these tools?
First of all, reducing time-to-market with an optimized product that
cuts off the after-sale costs. In order to reach this “ideal” target,
our efforts will take the direction of process simulation and deeper
customizations. The first one is the material non-homogeneity in
terms of resistance and residual strains, while the others allow the
effective applications of the quality procedures.
9. What are your expectations for the scientific technologies that
continuously strive for creativity and face competition?
If virtual technology wants to be believable, then it should be
compared with reality. Nowadays, the available software do not
provide many tools to compare the experimental data. In structural
engineering for example, it is really complicated to compare a real
value with the virtual data. This behavior shows a certain
inclination of “fear” of an experimental comparison and thus
increases skepticism and “moves“ the analyst “away” from people
who have a closer relation with the machine or process inside and
outside the company.
39
personalizzati, caratterizzazione materiali, formazione interna, analisi complesse e ottimizzazioni.
5. Quali vantaggi ha rilevato nella sua esperienza professionale e
come è cambiato il suo approccio alla progettazione/produzione?
Oltre alla possibilità di aumentare le performance in termini di peso/prestazione riducendo l’incertezza del soluzione finale, il maggior
beneficio dell’uso dello strumento è stato quello di permettere una
comprensione di molti fenomeni. In altre parole è uno strumento
molto formativo. Al contempo, assimilata la correttezza della soluzione fornita, l’area di indeterminatezza ovvero di ricerca si è spostata dal modello di calcolo alla corretta stima dei dati di ingresso
(es.: caratterizzazione dei materiali) e all’elaborazione dei risultati
(es.: verifica a fatica).
6. Qual è stato il contributo di EnginSoft e in che modo ha saputo valorizzare qualità, potenzialità e capacità della sua industria/impresa?
EnginSoft ha sempre avuto un atteggiamento propositivo, sia in termini di prodotti e servizi, sia come partnership per progetti importanti o nel creare un percorso per accompagnarci nella valutazione
di un nuovo strumento. La sua vocazione internazionale, multidisciplinare e collegata al mondo accademico hanno rappresentato una
fonte di arricchimento e stimolo. Le vere fondamenta di questo solido rapporto sono, infine, la competenza e la disponibilità dei tecnici.
7. Che prospettive intravede per i codici di calcolo in relazione alle sfide poste dal futuro?
Affrontare problemi sempre più complessi minimizzando l’impegno
per conoscere lo strumento, permettendo così di concentrarsi sul
problema ovvero su ciò che sta prima e dopo l’analisi. Rendere più
intuitiva la modifica geometrica in ottica di ottimizzazione (es.:
mesh morphing). Permettere una personalizzazione e interazione più
fluida e robusta (soprattutto in termini di passaggio di versione) con
altri software.
8. Quali progetti, obiettivi e nuovi traguardi intende perseguire
grazie all’uso di questi strumenti?
Ridurre i tempi del time to market con un prodotto ottimizzato che
azzeri i costi dell’ aftersale. Per avvicinarsi a questo traguardo “ideale” i nostri sforzi si orienteranno alla simulazione di processo e a
personalizzazioni sempre più spinte. La prima è per considerare la disomogeneità del materiale in termini di resistenza e sollecitazioni
residue, le seconde consentono l’applicazione efficace di procedure
di qualità.
9. E cosa si auspica per il mondo della tecnologia scientifica alla
continua ricerca di una dimensione tra creatività e competitività?
Per essere credibile la tecnologia virtuale deve essere confrontata efficacemente con la realtà. Al momento i vari software sono carenti
in quanto a tool dedicati al confronto con dati sperimentali. In campo strutturale, ad esempio, attualmente è molto laborioso confrontare un valore estensimetrico con il dato virtuale. Questo atteggiamento “tradisce” una certa propensione all’autoreferenzialità o alla
“paura” del confronto sperimentale, alimentando un fondo di scetticismo e “allontanando” l’analista da chi, in azienda o fuori, ha un
40 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
CAE Seminars in Japan, “CDAJ
Numerical Analysis Academy”
CD-adapco JAPAN Co.,LTD. (CDAJ) is one of the most successful
CAE companies in Japan with its sophisticated engineering
expertise and services. The company’s software portfolio
comprises more than 20 different CAE tools. CDAJ’s diverse offer
is underlined by numerous success stories and testimonials from
satisfied customers and software users in the automotive,
precision, energy, heavy and home appliances industries. In
addition, modeFRONTIER, the state-of-the-art software for
multi-objective and multi-disciplinary robust design
optimization, adds further value and reputation to CDAJ’s
expertise as a partner to industry, research and the academia. It
was in 2001 when CDAJ started sales activities and support
services which the management regarded, from the beginning,
as indispensable to promote modeFRONTIER as the key solution
for optimization on the Japanese market. In this context, CDAJ
hosts unique CAE Training
Courses named “CDAJ Numerical
Analysis Academy”. Their
primary objective is to support
customers and modeFRONTIER
Users to comprehend the latest
CDAJ conducts regular modeFRONTIER application knowledge, from
Seminars in Japan
basic theory to hands-on usage.
The CAE Courses are based on CDAJ’s many years of experiences
and customer feedback. The Training Program comprises a wide
range of courses targeted at all customers, from “numerical
analysis” beginners to advanced users. In 2011, the CDAJ
Numerical Analysis Academy offers 11 theoretical courses, 40
practical courses and 21 training courses. The theoretical
courses are designed to teach the principles and knowledge of
fluid dynamics, structural analysis, optimization, certification
standards etc. Practical courses provide hands-on training,
demonstrations, latest technical information and customer case
studies for each software tool. The training courses include
technical learning/transfer and lessons on systematic
educational consulting. For optimization problems, one of
CDAJ’s key expertise areas, there are 2 theoretical courses: the
“optimization basic” seminar and the “multi-objective robust
design optimization basic” seminar. These courses have gained
an excellent reputation from attendees because of their straight
forward explanations on the necessary knowledge for practical
business. 2 practical seminars “Your first modeFRONTIER”
seminar (*) and the “Mastering mode FRONTIER” seminar(*) are
provided online. Naturally, this helps the students to learn easily
whenever they have time available. The seminar duration is
between 1,5 to 2 hours, the programs are divided into 10 to 20
minutes sessions. During the specified days, the participants can
listen at any time, as many times as they want, wherever they
like. Apart from the advantage to be able to avoid traveling,
CDAJ’s online seminars also offer flexibility in terms of time, i.e.
participants can listen for half an hour on each of the 3 days
after coming home from work. *These seminars will be modified
or changed as of October 2011.
Here is the interview which I had the pleasure to conduct with
Ms. Kimiko Nakai, the marketing manager of CDAJ.
Please can you tell us more about the usage of modeFRONTIER
in Japan?
The technology is used in many companies, especially within the
automotive and electronics industries. We have noticed that the
optimization technology has become quite common in the
manufacturing industries in Japan. We see more and more
companies not only executing the automation and optimization,
but also using the post processing functionality of data mining,
to reveal the relationship between each parameter and to utilize
it for their R&D and design.
When you define the agenda for a modeFRONTIER seminar
which requires the coupling with other software tools, what
points are you taking into account?
There are two key points. The first one is to introduce practical
coupling methods for each application to lower the threshold of
optimization analysis focusing primarily on “usable for real
scenarios”. The second point is to explain that much more
information can be gained from the post processing
functionality of data mining. Based on these 2 points, we create
the seminars. Our primary goal always is that an effective
optimization tool can be understood by a growing number of
people.
What kind of feedback do you get from the attendees?
We received the following recent comments. “The content of the
seminar is easy to understand because the difficult theory is
kept to a minimum while the agenda focuses on the necessary
knowledge used in real business.”, “Well balanced explanations
for basic to advanced cases are provided.”, “I am very satisfied
with the information which explains ”why optimization” and
“what is optimization”.”
Please tell us about your vision and future plans for the “CDAJ
Numerical Analysis Academy”
In the past 4 years since October 2007, all seminars have been
continuously modified and improved following the progress of
the CAE software and new themes of interest. We will do our very
best to continuously refine our seminars, their contents and
management, to deliver highest quality technical information to
the modeFRONTIER Users in Japan.
This article has been written in collaboration with CD-adapco
JAPAN Co.,LTD. URL (Japanese): http://www.cdaj.co.jp/
Akiko Kondoh, Consultant for EnginSoft in Japan
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
和 “WA”
41
- Exploring the True Meaning
“WA” is one of the most important words to describe Japanese
culture and spirit. The KANJI of WA
is used when we speak
about and wish to connect with some of the fundamental ideas
of Japanese culture, such as
WAFU, which stands for
Japanese style and
WASHOKU, which means Japanese
food. At the same time, the KANJI of WA also has the meaning
of harmony or collaboration and teamwork between people. In
the preamble of the first Japanese Constitution, which was
established more than 1400 years ago, it states “WA is of the
highest importance”. The spirit to respect WA has been
inherited from generation to generation. Today it still lives in
our hearts and in our unconscious - changing slowly with the
times.
been available to the victims of the disaster more efficiently.
Despite the fact that a large amount of donations and goods
were sent from inside and outside of Japan, the complicated
procedure of notifying and communicating with the people
who suffer has delayed the distribution of the donations.
Strangely enough, there is another negative effect of
bureaucracy that some goods have not been distributed yet
because the exact numbers required did not exactly match the
demographic.
Fig. 1 - “An expression of the circle of the heart”.
The simple circle expresses birth of new life, an encounter, and the last
sleep. This reflects the spirit of WA.*
There was something else that impressed me about the revival
of WA. It was a support project for the disaster victims named
"Project Fumbaro Eastern Japan (Fumbaro)”. Fumbaro was not
initiated by the Federal government, nor by a local
government, a company or a volunteer group, this project was
shaped by Mr. Takeo Saijo, a University lecturer. In fact, Mr
Saijo gathered followers on Twitter much faster than expected.
As of July 2011, the organization has about 1000 supporting
staff based on discussions in a virtual space on the web
without any physical meetings. Mr.Saijo says “Everyone had an
undirected vector and was looking for someone and some way
to collaborate and to help.” Many of us wished to do
something for the disaster victims, but we simply did not know
what to do. Mr.Saijo showed many people a methodology
through the new-fashioned Twitter communication tool by
guiding people’s vectors with strong will for victim support in
the right direction, in the right moment.
The catastrophe of March 2011 awakened my awareness of WA
again. The enormous destructions caused by an unprecedented
mixture of great disasters created massive confusion among
the people in the affected areas. Our recovery has not
progressed as fast as we had hoped, even months after the
catastrophe we are still struggling. Moreover, one of the
world’s most severe nuclear accidents, the radiation leak in the
Fukushima plant, has led to several serious problems. The
accident and its longterm consequences is a permanent
anxiety to our nation. However, we are optimistic because the
spirit of WA is still strongly alive in our hearts.
The complexity of the philosophy of WA is not always fully
comprehended in these troubled times. Indeed, many
Japanese began to believe that WA is something rather
negative, like not being assertive, avoiding dispute and
conflict, settling everything peacefully. This misunderstanding
has created a mentality of not saying things directly and
feeling more comfortable when following the crowd. For some
people, it became more convenient to put the organization
before the purpose and the procedure above the execution.
Sadly, this attitude has retarded the help that should have
However, it now seems that the great disaster which is far
beyond our imagination, reawakened the essential WA spirit
deep inside of many Japanese people. The WA advocated more
than 1400 years ago, has no negative emotions at all; it
actually means “Each person’s ability is very small. But if we
understand, respect and talk with each other, all problems can
be solved.” In a short simple phrase, it emphasizes the
importance of teamwork and community effort. After the
disaster, not only the government and volunteer groups, also
individuals and companies did everything they could to
support the people in need. It was as if Japan had formed one
team. In a way it was like WA, which had become less
prominent in our peaceful and prosperous society, was born
again in our hearts and minds and thus was given a new lease
of life.
One of the activities provided by Fumbaro is a matching
system to send the right amount of necessary goods to exactly
where they are needed. Fumbaro’s system itself and its web
site are most simple and easy to understand compared to many
other goods matching systems provided now. The information
about the needs of the disaster victims is gathered either by
phone interviews or by face to face meetings with the
42 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
volunteer staff of Fumbaro. All this information is listed up on
the project web site. In this way, we can see a list of various
different goods which are needed at the more than 1500
registered shelters and depots. The list is changing and
evolving day by day; it is updated regularly. We can always see
the latest situation. Anybody who wants to help can access
this web site at any time, search the goods and shelters that
he/she wants to donate, and then send the goods directly to
the address provided by the Fumbaro staff. As Amazon
participates in this support project, we can send the goods
directly via Amazon through the internet. Using this support
system, we can be sure that the goods are sent to the right
person in need. Some of these donations are perishable and
must be distributed as quickly as possible. This requires that
the supporters and the people in need must connect directly.
We can enclose a note with the shipment which makes it all
more personal.
maximize their abilities.” It is the “teamwork” of the Fumbaro
team and of the supporters of the project, and also the
“teamwork” among the people in need who distribute the
goods to neighbors. I believe that this attitude and dedication
reflects the true intent of WA which has sustained Japan for
many years.
It was in July this year, when I was thinking about all this,
about the past and current circumstances and about WA, when
we received many good news about how strong the support
and teamwork among people is. It was also at this time when
we heard about the Japanese Women’s Football Team winning
the World Cup match in Germany. People were surprised to see
that the Japanese team managed to beat many other wellestablished teams. The Japanese players never gave up. If the
other team scored early, the Japanese remained focused,
patient, attentive, until they finally made another goal when
the moment was right. It was this attitude and dedication, the
teamwork of the players, and their skills of course which
enabled them to win the World Cup. It had not been an easy
season for the team; in fact, they had to do their training in
different places after the disaster. Many of us in Japan were
deeply impressed, especially by the scene when the Japanese
team raised the trophy under the gold confetti rain, giving a
ray of light to their home country, which has been tossed up
and down by the great disasters. There is no big star player in
the spotlight of the Women’s Team, yet their teamwork was
remarkably strong.
Fig. 2 - The Fumbaro web site http://fumbaro.org/en/
Fumbaro offers a range of individual projects to provide
essential support to the areas that were hit by the Tsunami
and the nuclear accident. Activities include the sending of
electronic appliances, support to obtain heavy equipment
licenses, and providing Geiger counters to protect the children
in Fukushima. These projects are all executed following
thorough discussions and through the support of the Fumbaro
staff and their specific knowledge in diverse areas.
Some may think that this approach is over innovative in view
of our culture. In fact, it would not have been possible to
realize it in the old Japanese system which always emphasizes
the organization, going through many procedures, and the
belief to must have obtained everyone’s approval (Red Tape).
Fumbaro offers a system that allows anybody who wants to
help to do so and in this way, support people who are in
trouble. There are no requirements for specific conditions to be
approved, certifications or procedures to be followed, as all
this would only delay or complicate the help for the victims.
The Fumbaro system is based on the trust between people who
have never seen each other and the feedback from the
interviews made by the Fumbaro team. We can see how
“People trust each other, shake hands, collaborate and
Fig.3 - Over the Wave
If you go through your life believing in the encounter, you will surely meet
the person you are searching for. The KANJI (of
human) was made from
a person’s side figure. *
The disasters of March 11 made us realize that human beings
are powerless against nature no matter how much our
economy and technology grows. They forced us to understand
that we human beings are just members of mother nature’s
world. Aspects such as life itself, family, friends and
relationships with others, suddenly became more and more
important. Thus, it emphasized my conviction that WA, which
we Japanese have prized for many years, is the foundation for
people living together harmoniously despite many difficulties.
WA is also read
Nagomi which means feeling at
home. Even in a tough situation, holding hands with each
other produces Nagomi, which leads to hope.
*Fig1 and Fig3 are written by “Sho” artist Ms.Shizu Usami
http://www.shizuusami.com/index_e.html
Akiko Kondoh
Consultant for EnginSoft in Japan
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
43
TRENDS & CHALLENGES IN
COMPUTATIONAL MECHANICS
A Conference in Honour of Peter
Wriggers’ 60th Birthday
In the last years, research in the Computational Mechanics
field has flourished and new important progresses have
been made. These topics have been discussed on the
occasion of the International Conference “Trends &
Challenges in Computational Mechanics – TCCM 2011“. The
Conference took place in Padua from 12th–14th
September, and was dedicated to Professor Peter Wriggers
for his 60th birthday.
Prof. Peter Wriggers was born in Hamburg and received a
degree “cum laude” in 1976, his specialization was in
theoretical and numerical mechanics. In December 1980,
he was awarded his Ph.D. degree "cum laude". His thesis
was titled "Computation on Contact and Impact Problems
of Elastic Bodies with the Finite Element Method". For his
results, he received the Christian-Kuhlemann grant in
1981. In the years 1983/84 and 1988, Prof. Wriggers
visited Prof. Robert L. Taylor at the University of California
in Berkeley, where an important collaboration with the
talented Juan Simo started which soon turned into a good
friendship. In 1988 and thanks to his research on
linearization techniques, he obtained the authorization
for working on non-linear deformation processes. After a
while, he published his first successful book on "Nonlinear finite element methods".
In 1990, Peter became
associate professor at the
Darmstadt Technical University.
In October 1998, after having
refused an offer from the
University of Stuttgart, he
returned to the University of
Hanover as a full Professor,
where, in 2008, he became
director of the Continuum
Mechanics Institute (IKM) at
the Mechanical Engineering
University.
Peter Wriggers is not only a
talented researcher with many
creative ideas, he is also able
to successfully plan and orient
his research activities thanks
to his great charisma. His
extraordinary results in various teaching activities and the
successful completion of several national and
international research projects earned him a leading
position in the computational mechanics field. Prof.
Wriggers is known as a leading scientist, thanks to his 12
monographs as author and co-author and his 175
publications. Moreover, he is actively involved in diverse
conferences, presents keynote speeches at scientific
conferences and supports important decisional bodies for
research funding. He is the publisher of the magazine
“Computational Mechanics” and member of the Editorial
Boards of 15 international magazines in the field.
The Conference in his honor - TCCM 2011 – is a “Special
Interest Conference” of the International Association
ECCOMAS - European Community on Computational
Methods in Applied Sciences. This event, meant as an
international forum for scientists and researchers, was an
occasion to meet the most eminent researchers at global
level. Participants had the opportunity to present and
explain the most modern computational technologies,
outlining a defined situation of the current trends in
research.
44 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
The International Scientific Committee of thirty talented
scientists from leading universities from around the world,
selected 58 contributions for the program. These papers
were organized in 10 sessions on specific topics in the
computational sector: fluid-dynamics, bio-mechanics,
multi-scale methods, composite materials, contact
mechanics, fracture mechanics, from materials science to
micromechanics, to phase transformations and multi-body
problems, etc.
The two high-level keynote speakers of the conference
have a relevant role in the academic life of Prof. Wriggers:
Prof. Erwin Stein from the University of Hannover and
Prof. Robert Taylor from the University of Berkeley.
Prof. Giorgio Zavarise of the Department of Construction
Science at the Faculty of Engineering of the University of
Salento was the Chairman and in charge of the event
organization. The collaborators of Prof. Zavarise were Prof.
Stefanie Reese from the RWTH University in Aachen
(Germany), as the Co-Chairman; Prof. Laura De Lorenzis
from the University of Salento, who was responsible for
the scientific secretariat; and Prof. Bernhard Schrefler and
his collaborators, the engineers Daniela Boso and Lorenzo
Sanavia from the University of Padua, who coordinated the
local organization. The sponsors of the event were the
bank “Banca Monte dei Paschi di Siena”, the University of
Salento, EnginSoft SpA and the Department of Innovation
Engineering of the University of Salento.
The Conference was held in the “Palazzo del Bò” (Bò
Palace), the historical headquarter of the Rectorate of the
University of Padua. With its history of eight centuries, it
is one of the most ancient buildings in Europe. The
historical building unifies important elements of the
Italian academic history, such as the ancient anatomic
theatre (1594), the “Sala dei Quaranta” (Room of Forties),
with frescoes of illustrious foreign students, and with
Galileo’s desk; the Aula Magna with its aristocratic coats
of arms and a magnificent frescoed ceiling.
The Conference started with warm welcome greetings
from: the Prorector of the University of Padua, Prof.
Francesco Gnesotto; the two Chairmen and the director of
the Local Organizing Committee, Prof. Bernhard Schrefler.
The three days of the event saw contributions from several
experts who are known at global level; experts of the
sector, as well as young researchers and Ph.D. candidates
from all over the world. 70 attendees from the USA,
Canada, Brazil, Germany, the United Kingdom, France,
Japan, Poland, Sweden, Serbia, Czech Republic, Spain,
Austria, Slovenia, Russia, Italy and other countries, gave
a comprehensive outlook on the most recent research
activities in the frame of a program of high scientific
content.
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
45
12th International Summer School on
“Light Alloys Castings: from Innovative
Design to Advanced Applications”
Vicenza, Italy,
25th-29th July 2011
In the last week of July, the
Summer School “Light Alloys
Castings: from Innovative
Design
to
Advanced
Applications” took place at
the
Department
of
Management
and
Engineering (DTG “TECNICA e
GESTIONE DEI SISTEMI INDUSTRIALI ”), a spin-off
department of the University of Padua in Vicenza.
The one-week intensive course focused on various
challenges in the manufacture of light alloy
components for the transportation sectors, e.g.
innovative design of castings, metallurgy of
aluminum and magnesium alloys, conventional
and innovative foundry technologies, numerical
simulation of processes, and advanced
applications for cast components.
The program of the Summer School was
coordinated, for the first time, by a “circle” of
experts from the University of Trondheim and the
Worcester Polytechnic. These two academic
institutions had also initiated and organized the
Summer School years ago in its starting phase.
During the Summer School, some results from
qualified research projects, which had been
The Summer School attendees
coordinated by the main speakers, were presented. In this
context, also the findings from the EU NADIA research
project (New Automotive Components Designed for and
Manufactured by Intelligent Processing of Light Alloys,
Contract n. 02656-2, 2006-2010) were presented. 26
partners participated in this project which was
coordinated by EnginSoft.
The 12th edition of the Summer School was characterized
by interdisciplinarity and multi-topic integration, and
offered the following sessions:
Introduction & Basics, Modeling & Alloy Systems,
Metallurgical Control of Microstructure, Conventional
46 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
Seminario sulla
Tomografia
Computerizzata
Overall evaluation of
the Summer School
Processing, Innovative Processing, Defects & Process
Simulation, Modeling & Design, Advanced Castings.
16 teachers conducted the different sessions of the
Summer School:
Diran Apelian (MPI, Worcester Polytechnic Institute, USA)
Lars Arnberg (NTNU, University of Trondheim, Norway)
Franco Bonollo (DTG, University of Padua, Italy)
Alberto Bruni (Automobili Lamborghini S.p.A)
Arne Dahle (University of Queensland, Australia)
Paolo Ferro (DTG, University of Padua, Italy)
Alois Franke (Aluminium Rheinfelden, Germany)
Nicola Gramegna (EnginSoft, Padua, Italy)
Lindsay Greer (Cambridge University, UK)
Karl Kainer (GKSS Forschungszentrum Geesthacht,
Germany)
Lothar Kallien (GTA, University of Aalen, Germany)
John Jorstad (JLJ Technologies, USA)
Claudio Mus (Consultant, Aosta, Italy)
Rodney Riek (Harley Davidson)
Giulio Timelli (DTG, University of Padua, Italy)
David Weiss (Eck Industries, USA)
The 58 attendees traveled from 10 countries to Vincenza.
The DTG Department of Management and Engineering had
the pleasure to welcome:
• 16 teachers/lecturers;
• 16 Ph.D. candidates (from 13 Universities);
• 21 representatives from companies and universities;
• 5 degree candidates.
Il 4 luglio presso il Dipartimento di Tecnica e Gestione dei
Sistemi Industriali dell’Università di Padova, sede di
Vicenza, il primo seminario dedicato alla Tomografia
Industriale Computerizzata, per presentare alle aziende del
territorio un’innovativa tecnica di indagine, applicata ai
prodotti industriali, che promette di diventare nei prossimi
anni una tecnologia indispensabile in ambito di R&D e di
ottimizzazione di processi industriali.
La tomografia computerizzata è una tecnica basata su tecnologia di indagine radiografica, che consente di ricostruire l’intero volume di un oggetto sottoposto a scansione.
L’irraggiamento del campione è realizzato mediante una radiazione X che attraversa il materiale da analizzare e viene
raccolta da un detector digitale situato all’estremità opposta della camera, rispetto alla sorgente della radiazione
stessa (fig. 1). Il campione subisce una rotazione completa attorno all’asse z e viene pertanto irraggiato da molteplici angolazioni, per ognuna delle quali viene acquisita
un’immagine radiografica.
L’insieme delle radiografie viene elaborato con un opportuno algoritmo di ricostruzione, capace di restituire il volume del campione combinando tra loro le diverse immagini.
L’intensità della radiazione X che viene raccolta dal detector subisce un’attenuazione dipendente dalla densità del
materiale e dallo spessore attraversato; esistono pertanto
delle limitazioni legate al tipo di materiale analizzabile e
alle dimensioni massime dell’oggetto scansionato (fig. 2).
In particolare i materiali polimerici non presentano limitazioni di sorta, mentre per quanto riguarda le leghe leggere
è possibile attraversare spessori fino a circa 150 mm. Le leghe ferrose invece non consentono l’attraversamento di
spessori superiori a 30 mm.
The program maintained a clear balance between
theoretical-academic and practical industrial applications.
The Summer School was made a success by teachers and
attendees and its excellent agenda of in-depth studies
and hands-on workshops on specific problems in the field.
The quality of the teaching and the program of the 12th
International Summer School is also reflected in the
satisfactory level: 54% of the attendees rated the Summer
School as “excellent”.
Fig. 1 - Cosa è la CT
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
47
tomografia 3D del prototipo, permette il calcolo sul modello geometrico
reale considerando inoltre le locali
proprietà meccaniche del materiale e
l’eventuale opportuna riduzione delle
prestazioni in presenza di difetti o
altre
anomalie
metallurgiche.
Chiaramente questo metodo consente
una realistica indagine strutturale,
vibrazionale e resistenza a fatica.
Fig. 2 - Modello multi materiale esploso da CT
Il vantaggio della tecnica risiede nella possibilità di osservare le condizioni di assemblaggio di componenti complessi, senza sezionamenti né operazioni di smontaggio
del prodotto, studiare la forma, distribuzione e localizzazione della difettosità interna e della porosità in prodotti
di fonderia e pressocolata (fig. 3), superando il limite intrinseco della radiografia convenzionale, che trasforma un
volume in una sua rappresentazione bidimensionale.
Con la CT invece diventa possibile sezionare virtualmente
il campione con uno o più piani opportunamente orientati, isolare le sezioni di interesse senza la presenza fuorviante di dettagli appartenenti ad altre zone del pezzo,
valutare tridimensionalmente i difetti del materiale e/o
costruttivi, osservandoli da diverse angolazioni e localizzandoli con precisione all’interno del componente. La CT
quindi si appresta a diventare uno strumento altamente
tecnologico e di indubbia utilità in fase di sviluppo e ottimizzazione di processo e di prodotto, affiancandosi a
tecniche ormai consolidate, come la radiografia convenzionale e la metallografia, e a tecniche di simulazione numerica.
Integrazione della tomografia computerizzata
con simulazione numerica
Il binomio Simulazione Numerica e Tomografia
Computerizzata trova prevalentemente applicazione in fase di verifica del prototipo. Ad ogni modo, in fase di progettazione e/o re-ingegnerizzazione di prodotto, l’adozione di un modello CAD proveniente dalla realtà, cioè dalla
In fase di collaudo e/o verifica, la
presenza e dimensione dei difetti,
identificati senza prove distruttive
tramite CT su base statistica, conferma la stabilità del processo manifatturiero, come previsto
dalla simulazione. In particolare, il modello del pezzo con
la presenza di difetti o inclusioni, può essere esportato in
formato STL e sovrapposto al modello di simulazione.
Viceversa, in previsione di assenza di difetti da parte del
processo ottimizzato con la simulazione, la CT agevola la
conferma di buona qualità con una analisi sui primi campioni prodotti.
Inoltre la misura del pezzo deformato, con approccio di reverse engineering, permette la generazione del modello 3D
per un opportuno confronto fra la deformata reale e quella prevista a calcolo (tensioni e deformazioni residue),
tanto quanto con il progetto CAD originario e consente di
valutare il rispetto delle tolleranze geometriche e dimensionali; l’elemento di innovazione, rispetto alle metodologie tradizionali - laser scanner, interferometria, fotogrammetria - utilizzate per il reverse di pezzi deformati, consiste nel fatto che la tomografia è in grado di ricostruire anche le superfici interne al pezzo (cavità realizzate con anime in fonderia, fori profondi, componenti realizzati con
semigusci accoppiati, ecc.) fornendo una ricostruzione
completa e veritiera di un componente, ancorchè complesso.
Nel caso di multi-materiale e movimenti interni al prodotto, i modelli dedotti con la CT si possono confrontare con
quanto previsto da una analisi multi-body ed avvalorare
che l’assemblaggio e le eventuali interferenze non disturbino il cinematismo.
Fig. 3 - Rappresentazione dei difetti in un pressocolato e corrispondente simulazione
48 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3
EnginSoft Event Calendar
ITALY
EnginSoft is pleased to announce the next Seminars and
Webinars.
For more information, please contact: [email protected]
Please visit www.enginsoft.com (Events)
20-21 October - EnginSoft International Conference 2011. CAE
Technologies for Industry and ANSYS Italian Conference
Fiera Verona. Please stay tuned to
www.caeconference.com
for Italy’s premier conference on Engineering Simulation and
one of the most important events of its kind globally!
The conference program will feature applications of CAE in:
mechanics, industrial applications, structural engineering,
optimization,
manufacturing
process
simulation,
computational fluid dynamics, emerging technologies,
durability and fatigue, rapid and impact dynamics, CAD/CAE
integration, ...
20 October - WORKSHOP: ECO-BUILDING: le tecnologie CAE a
supporto della progettazione integrata di edifici sostenibili...
anche nei costi (Fiera Verona).
21 October - SEMINARIO: La progettazione delle strutture in
materiale composito (Fiera Verona)
GERMANY
15-16 November - NAFEMS European Conference: Simulation
Process and Data Management (SDM) Munich. Meet the
EnginSoft Team and discuss our presentation on:
“Methodology and Validation for Bidirectional, Homogeneous
Simulation Data Flow Management in a Fluid-Structure
Interaction Problem Utilizing Workfow Management and Shape
Deformation Tools”.
http://www.nafems.org/sdm11
19 - 21 October - ANSYS Conference & 29th CADFEM Users’
Meeting. ICS Internationales Congresscenter Stuttgart
Meet our team at the EnginSoft booth in the exhibition!
20th October, 9:30am: Taylor Newill, EnginSoft GmbH will be
presenting: “High Speed Train Aerodynamic Shape
Optimization Methodology and Framework Comparison“.
To arrange an appointment in advance, please contact:
[email protected] For more information about the
conference: www.usersmeeting.com
4 - 6 October - 2nd International Conference on Computational
Engineering, ICCE Darmstadium, Schlossgraben 1, 64283
Darmstadt
Meet us in Darmstadt, to discuss your key areas of interest and
our presentation: “Framework for Morphological Optimization
of an Aircraft Using Multi-Objective Optimization Techniques
and the Application of Tensorial Bezier Volume Control Croups“
by Taylor Newill, EnginSoft GmbH. To arrange an appointment
in advance, please contact: [email protected]
For
more
information
about
the
conference:
http://www.graduate-school-ce.de
modeFRONTIER Workshops 2011. EnginSoft GmbH, Frankfurt
am Main. Attend our regular Webinars to learn more on how
design optimization with modeFRONTIER can enhance your
product development processes!
Seminars Process Product Integration. EnginSoft GmbH,
Frankfurt am Main. How to innovate and improve your
production processes! Seminars hosted by EnginSoft Germany
and EnginSoft Italy.
Please stay tuned to: www.enginsoft-de.com
FRANCE
EnginSoft France 2011 Journées porte ouverte
dans nos locaux à Paris et dans d’autres villes de France, en
collaboration avec nos partenaires.
Pour plus d'information visitez: www.enginsoft-fr.com,
contactez: [email protected]
12 October - User Group Meeting modeFRONTIER France
Paris. http://www.enginsoft-fr.com/events/index.html
13 October - User Group Meeting Flowmaster France. Paris
http://www.enginsoft-fr.com/events/index.html
SPAIN
APERIO Tecnología en Ingeniería. Programa de cursos de
modeFRONTIER and other local events.
To enquire about the next events in Spain and for more
information, please contact: [email protected]
Stay tuned to:
http://www.aperiotec.es/
SWEDEN
2011 Training Courses on modeFRONTIER - Drive your designs
from good to GREAT EnginSoft Nordic office in Lund, Sweden
The Training Courses are focused on optimization, both multi-
Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -
and single-objective, process automation and interpretation of
results. Participants will learn different optimization
strategies in order to complete a project within a specified
time and simulation budget.
Other topics, such as design of experiments, meta modeling
and robust design are introduced as well. The two day training
consists of a mix of theoretical sessions and workshops.
• 2-3 November
• 1-2 December
To discuss your needs, for more information and to register,
please contact EnginSoft Nordic, [email protected]
UK
The workshops are designed to give delegates a good
appreciation of the functionality, application and benefits of
modeFRONTIER. The workshops include an informal blend of
presentation plus ‘hands-on’ examples with the objective of
enabling delegates to be confident to evaluate modeFRONTIER
for their applications using a trial license at no cost.
49
MATFEM Seminars 2011/2012
Introductory and advanced courses for the FEM user
material model MF GenYld + CrachFEM
Version 4.0 of MATFEM’s comprehensive material model
MF GenYld + CrachFEM has just been released. The
material model can be coupled to a variety of commercial
FE codes with explicit time integration. It is designed to
be modular and extensible.
• MF GenYld covers the elasto-plastic behaviour of
metals and polymers with great flexibility in yield
loci, flow rules and hardening.
• CrachFEM allows for the prediction of localised
necking in sheet metals and provides different
fracture criteria for metals and polymers. These
physical failure criteria afford the predictive
simulation of technical structures.
modeFRONTIER Workshops. Warwick Digital Laboratory,
Warwick University
• 22 November
• 14 December
modeFRONTIER
Workshops
Warwick Digital Laboratory
• 13 October
with
InfoWorks
CS
Please register for free on www.enginsoft-uk.com
Multi-Disciplinary
Optimisation
Training
Course
International Digital Lab, Warwick University
To enquire about the next dates of the above events and for
more information,
please contact: Mr. Bipin Patel, [email protected]
9-11 November – WaPUG. Blackpool. Meet EnginSoft UK to
discuss your needs with our experts!
www.enginsoft-uk.com
USA
Courses and Webinars on Design Optimization with
modeFRONTIER. Sunnyvale, CA For more information, please
contact: [email protected] www.ozeninc.com
EUROPE, VARIOUS LOCATIONS
modeFRONTIER Academic Training
Please note: These Courses are for Academic users only. The
Courses provide Academic Specialists with the fastest route to
being fully proficient and productive in the use of
modeFRONTIER for their research activities. The courses
combine modeFRONTIER Fundamentals and Advanced
Optimization Techniques.
For more information please contact: modeFRONTIER
University Program, [email protected]
The material models offer a large variety of functions.
They require a sound theoretical background before they
may be used productively.
The seminars on these models should help users to apply
the material model efficiently. The seminars are mainly
theoretical, but examples are shown and worked out at
the computer.
Discussions with the lecturer conclude the courses and
allow participants to address their questions and needs.
The next seminars have been scheduled from October
2011 – May 2012.
For more information on the exact dates, the content,
and to register, please contact:
MATFEM
Nederlingerstrasse 1
D-80638 München, Germany
Mr Martin Oehm
Tel. +49 (0) 89 15 98 97 95.
www.matfem.de
[email protected]
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CONFERENCE 2011
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ANSYS ITALIAN
CONFERENCE 2011
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