Progettazione e ingegneria assistite da calcolatore

La progettazione e l’ingegneria assistite da calcolatore si sono sviluppate indipendentemente l’una dall’altra. Non c’è da sorprendersi, se nei due campi vengono impiegate differenti descrizioni matematiche di superficie. Tale differenza porta a un gap attualmente colmato dalla conversione tra un modello e l’altro, la quale richiede tempo e rende costosa l’ottimizzazione della geometria relativa ai nuovi prodotti.

Gli scienziati impegnati nel progetto SIGMACADE (Subdivision based isogeometric modelling applied to computer aided design and engineering) hanno colmato questa lacuna mediante la stessa rappresentazione matematica della geometria sia per la modellizzazione che per l’analisi, indicata come analisi isogeometrica. Essi hanno utilizzato una rappresentazione della superficie di suddivisione come strumento principale per l’analisi isogeometrica.

Tale perfezionamento iterativo genera una serie di reti con risoluzione sempre maggiore, le quali convergono verso una rete continua avente risoluzione richiesta. Ancora più importante, il vantaggio principale delle superfici di suddivisione riguarda la loro capacità di modellizzare liberamente il gap relativo alle geometrie arbitrarie mediante una singola superficie.

Gli scienziati del progetto SIGMACADE hanno esplorato due diversi tipi di perfezionamento della rete, importanti nell’analisi degli elementi finiti. Il numero di passaggi relativi alla suddivisione viene regolato al fine di raggiungere il grado di libertà necessario per una simulazione. Tuttavia, anche il grado polinomiale delle funzioni base necessita di un preciso aggiustamento per migliorare la conversione in termini di soluzione.

Le B-spline non uniformi razionali (NURBS) costituiscono la funzione di base più ampiamente utilizzata nella progettazione assistita da elaboratore. Per lo studio della rappresentazione relativa alla suddivisione della superficie, gli scienziati hanno utilizzato SubDNURBS, un algoritmo di suddivisione compatibile con le curve NURBS. Questa rappresentazione consente, per la prima volta, l’uso di gradi arbitrari, spaziatura tra i nodi non uniforme ed espressioni razionali se si utilizzano le superfici di suddivisione per l’analisi. Il team ha sviluppato due plug-in per il suite gratuito e privo di licenza Blender: programma che consente la modellizzazione utilizzando SubDNURBS, il quale permette l’analisi isogeometrica dei gusci sottili. Tale sviluppo guida verso un prototipo di software per la modellizzazione che, per la prima volta, ha combinato l’analisi di progettazione e isogeometrica in un singolo software. Il team ha dimostrato che questo approccio combinato conduce non solo a cicli di sviluppo del prodotto più rapidi, ma consente anche a nuovi approcci di modellizzazione basati sulla fisica.

Il progetto SIGMACADE ha portato all’estensione dell’analisi isogeometrica relativa a superfici di suddivisione NURBS compatibili. L’approccio SIGMACADE ha il potenziale di rivoluzionare la progettazione di aeroplani, automobili e navi consentendo lo sviluppo, i test e la regolazione dei modelli in un’unica fase. La nuova tecnologia consente una progettazione flessibile, garantendo un risparmio di tempo e costi per lo sviluppo di nuovi prodotti. Sequenze video che mostrano la modalità di modellizzazione addizionale basata sulla fisica.