Gli studi del test di caduta esaminano l'effetto provocato dall'impatto di una parte o un assieme con una superficie planare rigida o flessibile. La caduta di un oggetto sul pavimento è l'applicazione tipica da cui deriva il nome del test. Il programma calcola automaticamente i carichi di impatto e gravità. Non sono consentiti altri carichi o vincoli.
Impostazione
Il PropertyManager
Impostazione del test di caduta consente di impostare le seguenti opzioni per lo studio del test di caduta:
-
si definisce l'altezza di caduta (h), l'accelerazione gravitazionale (g) e l'orientamento del piano di impatto. Il programma calcola la velocità (v) all'impatto da: v = (2gh)1/2. Il corpo si sposta nella direzione di gravità come corpo rigido fino a quando non colpisce il piano rigido.
- Si definisce la velocità d'impatto (V), l'accelerazione gravitazionale (g) e l'orientamento del piano d'impatto. Il programma determina la regione dell'impatto in base alla direzione della velocità all'impatto.
Per accedere al PropertyManager di
Impostazione del test di caduta, creare uno studio del test di caduta. Nell'albero dello studio del test di caduta, fare doppio clic su
Impostazione.
non viene considerata alcuna rotazione finché non si verifica l'impatto iniziale.
Calcoli
Il programma risolve un problema dinamico come funzione del tempo. Le equazioni generali del moto sono:
FI(t) + FD(t) + FE(t) = R(t)
dove F
I(t) sono le forze di inerzia, F
D(t) le forze di smorzamento e F
E(t) le forze elastiche. Tutte queste forze dipendono dal tempo.
Nell'analisi statica questa equazione si riduce a: FE(t) = R(t) visto che l'inerzia e le forze di smorzamento sono ignorate a causa delle piccole velocità e accelerazioni.
Le forze esterne R(t) includono le forze gravitazionali e di impatto.
Esistono due grandi classi metodologiche per integrare direttamente questa equazione nel dominio temporale: metodi impliciti e metodi espliciti. I metodi espliciti non richiedono l'assemblaggio o la scomposizione della matrice di rigidezza: una caratteristica interessante che permette di risparmiare tempo e risorse elaborative. Tuttavia, questi metodi richiedono un passo temporale inferiore al valore critico per la soluzione. Il passo temporale critico è generalmente molto piccolo.
Gli schemi di integrazione impliciti forniscono soluzioni accettabili con passi temporali generalmente di uno o due ordini di grandezza superiori al passo temporale critico richiesto dai metodi espliciti. Essi richiedono comunque calcoli laboriosi a ogni passo temporale.
Il software utilizza un metodo di integrazione del tempo esplicito per risolvere gli studi del test di caduta. Stima automaticamente il passo temporale critico in base alla dimensione più piccola degli elementi e utilizza un valore più piccolo per impedire la divergenza (ossia, consentire la convergenza). È possibile sospendere funzioni molto piccole, laddove appropriato o utilizzare il controllo mesh per evitare che siano generati elementi molto piccoli. Il programma internamente regola la frequenza temporale mentre la soluzione prende piede.
Per approfondire l'argomento dei metodi espliciti, fare riferimento a: An Explicit Finite Element Primer, Paul Jacob e Lee Goulding, 2002 NAFEMS Ltd.
Convergenza
Una buona transizione nella mesh consente la convergenza. Una rapida transizione di mesh può portare alla divergenza. Il solutore verifica questa condizione monitorando il bilanciamento dell'energia. Un messaggio appare e si ferma quando l'equilibrio energetico indica una divergenza.
Il modello potrà rompersi?
Lo studio non risponde a questa domanda automaticamente. Non prevede inoltre la separazione dei componenti uniti a causa dell'impatto. È possibile utilizzare i risultati per valutare la possibilità che si verifichino tali eventi. Ad esempio, è possibile utilizzare le sollecitazioni massime per prevedere la rottura del materiale e le forze di contatto per prevedere la separazione dei componenti.