I Software FEM in Kyma: uno Strumento Avanzato per la Progettazione Strutturale
La progettazione strutturale avanzata di megayacht, navi da diporto aventi tipicamente una lunghezza complessiva superiore ai 50 metri, mediante l’utilizzo di software FEM (Finite Element Method) inizia in Kyma nel 2014 per rispondere alle necessità convergenti di enti di controllo da un lato e la libertà progettuale dei designer dall’altro.
L’analisi FEM: Unione di Sicurezza e Stile
L’analisi FEM risponde alla combinazione di due necessità diverse ed ugualmente importanti: il soddisfacimento dei criteri di sicurezza sempre più rigorosi imposti dai regolamenti degli Enti di Classifica e le richieste delle grandi firme di architetti e designer per verificare parti di scafo e sovrastrutture sempre più sinuose e complesse.
Le grandi aperture vetrate e le porzioni molto estese di ponti a sbalzo, infatti, sono sempre più presenti nei progetti e richiedono l’utilizzo di risorse di calcolo avanzate per una buona progettazione che combini sicurezza, durabilità, efficienza e leggerezza.
I software di simulazione scelti in Kyma sono quelli di Hexagon© che, da decine di anni, supportano lo studio tecnico e la progettazione strutturale dalla fase iniziale di pre-processing, dove si preparano i modelli di calcolo, fino alla fase di post-processing, dove si arriva all’interpretazione dei risultati.
MSC Apex: tra Pre-processing e Defeaturing
MSC Apex è un software di ultima generazione, che, grazie alle sue funzionalità dedicate principalmente al pre-processing, consente ai nostri analisti FEM di preparare in tempi molto rapidi i modelli di calcolo. La stima della riduzione del tempo impiegato per ottenere modelli di calcolo necessari al soddisfacimento dei criteri di progettazione, infatti, è ridotta di circa dieci volte rispetto ai metodi tradizionali.
Questo software è uno strumento indispensabile alla preparazione di geometrie complesse e si interfaccia egregiamente con i più comuni schemi di esportazione CAD 3D utilizzati in ambito navale.
Tra le sue principali caratteristiche vi è la possibilità di semplificare velocemente geometrie strutturali tridimensionali in formato solido (in cui viene rappresentato anche lo spessore della struttura), estraendone il proprio piano-medio e avvantaggiando notevolmente la fase, tanto tediosa quanto delicata, di defeaturing. Durante questa fase di semplificazione delle geometrie, infatti, l’analista FEM deve essere in grado di riconoscere se e dove si possono realizzare semplificazioni o approssimazioni (defeature) alla geometria del modello di calcolo, che potrebbero inficiare il risultato finale.
MSC Nastran: il Cuore Pulsante delle Equazioni FEM
MSC Nastran è il solutore e il cuore pulsante della risoluzione di sistemi di equazioni basati sul metodo agli elementi finiti: sviluppato alla fine degli anni ’60 e compilato principalmente in linguaggio Fortran, è tra i codici di calcolo storici più consolidati per la progettazione in ambito navale.
Questo software consente di risolvere e verificare sistemi strutturali complessi attraverso la discretizzazione della struttura, detta mesh o griglia di calcolo. Al suo interno sono presenti differenti metodi di risoluzione che offrono ai progettisti la possibilità di esaminare la struttura rispecchiando nel modo più preciso possibile il reale comportamento fisico, partendo da analisi statiche e dinamiche (lineari e non-lineari) fino ai calcoli di instabilità, modi propri di vibrazione, vita a fatica, analisi termiche, etc.
MSC Patran: Preparazione del Modello di Calcolo e Post-processazione dei Risultati
MSC Patran è l’interfaccia grafica storica della software house Hexagon© ed è tra le più utilizzate in ambito industriale. Data la sua longevità, la sua interfaccia grafica, spartana e poco user-friendly rispetto ai software di ultima generazione, negli anni è stata ampliata con moltissimi strumenti indispensabili per la creazione di modelli di calcolo affidabili e la processazione corretta dei risultati.
Kyma si avvale di questo potente strumento sia per la preparazione del modello di calcolo, in quanto alcune caratteristiche non sono ancora state implementate in MSC Apex, sia per la processazione dell’output generato dal solutore MSC Nastran.
Questo software ha, tra le sue più importanti caratteristiche, tools specifici alla corretta visualizzazione e interpretazione dei risultati che consentono la corretta verifica e validazione della struttura analizzata.
I Software FEM: l’Incontro tra Sfide Ingegneristiche e Verifiche Strutturali
L’utilizzo dei software FEM dedicati all’analisi strutturale uniti all’esperienza accumulata in oltre 20 anni di attività permettono ai nostri analisti FEM di far fronte a qualsiasi sfida ingegneristica necessaria al soddisfacimento di tutti i requisiti di sicurezza ed affidabilità necessari nella progettazione strutturale di una nave da diporto.
Le analisi FEM, tipicamente sviluppate in Kyma per la validazione della struttura di megayacht, possono essere raggruppate in tre macrocategorie:
• Verifiche Globali: interessano trave nave e vibrazioni globali e si usano per la validazione complessiva della struttura sottoposta alle sollecitazioni in acqua tranquilla e d’onda. Con queste analisi è possibile prevedere i livelli di vibrazione generati dal sistema di propulsione e dai macchinari installati a bordo, che sono la principale causa di rumore strutturale.
• Verifiche Locali: riguardano basamenti (come pinne stabilizzatrici, gru, sistemi propulsivi, salpa ancore, etc.), appontaggio elicottero, zone dedicate all’ormeggio, strutture a grigliato e ponti a sbalzo, portelloni, grandi aperture vetrate, etc. Queste verifiche si effettuano quando, per poter verificare e validare una porzione ben precisa di struttura, si realizzano modelli di calcolo locali che aiutano i progettisti nell’individuazione di eventuali criticità o debolezze.
• Verifiche di Dettaglio: si effettuano su saldature, hotspot strutturali, fori e cutout, vita a fatica, unioni bullonate etc. In questi casi la struttura viene posta sotto la lente d’ingrandimento dell’analista FEM, il quale analizzerà nel dettaglio tutti i particolari costruttivi con cui verrà realizzato il megayacht.
L’Analisi FEM in Kyma: Sicurezza, Performance ed Ottimizzazione degli Spazi
Kyma da anni investe su queste tipologie di software perché la qualità della progettazione strutturale fornita ha un forte impatto sulle richieste della cantieristica navale italiana ed estera.
La richiesta di verifiche e ottimizzazioni strutturali è in crescita costante ed imprescindibile per far fronte al crescente aumento del costo dei materiali utilizzati per la costruzione di megayacht come l’acciaio e le leghe di alluminio.
In Kyma possiamo svolgere una progettazione strutturale che sappia conciliare in modo efficiente sia i requisiti di sicurezza richiesti sia quelli di leggerezza della struttura che, in sinergia con i più moderni sistemi di propulsione, permettono anche di diminuire l’emissione di inquinanti acquatici ed atmosferici. L’analisi FEM, inoltre, consentendo la minimizzazione degli ingombri strutturali, permette di massimizzare gli spazi fruibili a bordo lasciando maggior spazio alla visione creativa di architetti e designer per l’arredo degli spazi interni.
