Ottimizzazione della topologia e simulazione non lineare: l’applicazione Altair

Quando progettano uffici e showroom che mettano in evidenza i valori distintivi dei loro clienti, molti architetti si affidano all’atmosfera aperta e invitante delle strutture in vetro. Faraone, designer e produttore di strutture leggere, ha utilizzato le soluzioni Altair per analizzare e riprogettare le strutture di supporto di elementi in vetro di grandi dimensioni, che rappresentano il core business dell’azienda. Il risultato? Canali in alluminio topologicamente ottimizzati e più rigidi in grado di ospitare l’elemento strutturale in vetro. In questo case study i costi ridotti, i tempi di sviluppo più brevi e la massima efficienza nella progettazione dimostrano i vantaggi assicurati dalle tecnologie di simulazione in termini di accelerazione dello sviluppo del prodotto.

Il cliente

Con sede a Tortoreto, Italia, Faraone è un produttore di sofisticate strutture leggere e avanzati sistemi in vetro che vanta mezzo secolo di esperienza e innovazione nel mondo dell’architettura trasparente. Specializzata nello sviluppo e nella produzione di scale, facciate o pensiline in vetro, Faraone ha una solida esperienza nella realizzazione di architetture su misura. Come leader del mercato italiano delle balaustre in vetro, Faraone è stata una delle prime aziende in Italia ad adottare il sistema di fissaggio a punto che permette di forare il vetro e di fissarlo direttamente sulla struttura portante mediante collegamenti meccanici e strutture di supporto.

La sfida

Nello sviluppo di un nuovo modello del suo più noto prodotto NINFA, il team di ingegneri di Faraone ha dovuto partire da zero. NINFA è un profilo di alluminio con un canale a U che si blocca sul pannello di vetro strutturale. Il sistema è completamente regolabile per un’installazione laterale e permette di avere una balaustra di vetro senza cornice che offre un panorama senza eguali.

La sfida principale è stata quella di ridurre il peso del modello NINFA125 utilizzando l’ottimizzazione della topologia e, al tempo stesso, garantendo il rispetto delle necessarie misure di sicurezza grazie a un’ottimale distribuzione del carico. Il modello NINFA125 – che misura 85 x 125mm – è in grado di contenere un vetro di 17,52mm e 21,52mm di spessore. Per risolvere le sfide ingegneristiche legate alla progettazione di questi componenti architettonici, che devono soddisfare diversi requisiti e standard di sicurezza, Faraone ha utilizzato le più avanzate tecnologie di simulazione.

La soluzione Altair

Per NINFA125 il team Altair ha impostato un flusso di lavoro integrato in Altair Inspire™ partendo dall’ottimizzazione e dal concept design. Gli ingegneri hanno prima definito lo spazio di progetto disponibile con Inspire creando una semplice sezione a U. Questo ha permesso loro di eseguire un’ottimizzazione della topologia sulla forma del profilo in alluminio, con particolare attenzione alla riduzione del peso e al miglioramento della rigidità. I vincoli includevano spazi liberi per il pannello di vetro e i dispositivi di fissaggio del vetro, nonché per il montaggio a pavimento.

Con questi risultati di ottimizzazione, Altair SimSolid™ è stata impiegato in una seconda fase per una rapida ed accurata validazione. La geometria e il perfezionamento del profilo sono stati analizzati e i risultati dell’analisi iniziale utilizzati come input per l’analisi delle sollecitazioni del profilo ottimizzato. Dopo aver implementato e nuovamente analizzato i risultati, il team Altair ha identificato la distribuzione ottimale delle sollecitazioni preservando l’integrità del pannello di vetro. Faraone è stata quindi in grado di trasferire il modello CAD tridimensionale direttamente in SimSolid senza dover semplificare la geometria per la successiva analisi non lineare.

L’analisi di deflessione del profilo risultava in uno spostamento massimo di 3,2 mm sotto carico di funzionalità, che rientrava nei parametri di spostamento massimo consentito (3,5 mm). Infine, il prototipo è stato convertito in modelli ad alta fedeltà del metodo ad elementi finiti (FEM) per un’analisi di validazione finale riguardante le sollecitazioni, lo spostamento, le forze di reazione e l’instabilità.

Risultati

Grazie ad un flusso di lavoro integrato che include ottimizzazione della topologia e simulazione non lineare, NINFA125 è oggi fino al 20% più leggero dei precedenti profili in alluminio, e più rigido del 5%. Inoltre, SimSolid ha permesso a Faraone di ridurre il tempo necessario per lo studio e la ridefinizione della progettazione di strutture in vetro complesse a meno di 30 minuti.

“L’adozione di Inspire e SimSolid nel nostro flusso di lavoro è stata rivoluzionaria. Abbiamo potuto ridurre l’intero ciclo di progettazione del 40% e realizzare tre analisi di validazione in meno di 90 minuti, permettendoci di progettare strutture di supporto più leggere e sicure”, ha dichiarato Gabriele Romagnoli, responsabile dell’ingegneria strutturale in Faraone. “Grazie alle soluzioni di Altair, abbiamo potuto trovare rapidamente il layout di progetto ottimale per i nostri modelli NINFA con Inspire e poi verificare la geometria razionalizzata con SimSolid. Inoltre, possiamo sfruttare SimSolid per le analisi non lineari per il nostro complesso assemblaggio strutturale di oltre 1000 parti”.

Per sapere di più su utilizzi, funzionalità e caratteristiche di SimSolid è possibile partecipare al webinar gratuito Altair del 29 ottobre, durante il quale si potrà ascoltare la testimonianza diretta di come proprio l’azienda Faraone abbia sfruttato i vantaggi del software.

È possibile iscriversi gratuitamente al link: https://hubs.ly/H0y3WwJ0.