La matematica migliora il design industriale

Le simulazioni numeriche consentono agli sviluppatori di dispositivi elettrici di ottimizzare la forma degli elettrodi, di selezionare l’isolamento più adatto e di mantenere la tensione sopportabile sopra i livelli accettabili. Riguardano analisi specifiche non offerte da strumenti di simulazione di progettazione standard per valutare i complessi effetti dielettrici. I ricercatori hanno cercato di colmare questa lacuna nel contesto del progetto CASOPT (“Controlled component and assembly-level optimization of industrial devices”).

In particolare, il primo passo della simulazione dielettrica è il calcolo del campo elettrico mediante la risoluzione dell’equazione lineare di Laplace. I ricercatori di CASOPT hanno dimostrato che il cosiddetto metodo a elementi di legame (BEM) si è rivelato efficiente nel modellare anche i più piccoli dettagli. Grazie alla tecnologia di calcolo ad elevate prestazioni, i tre diversi BEM sviluppati promettono di risolvere modelli 3D complessi e grandi con fino a un milione di parametri sconosciuti.

BEM è già uno dei principali componenti del toolbox di simulazione del partner industriale del progetto ABB Schweiz. Questa raccolta di procedure di strumenti di simulazione consente la definizione delle condizioni di legame e riguarda le proprietà dei materiali. È integrato a sistemi di progettazione assistiti da computer attraverso cui i modelli innestati vengono ricevuti per essere ottimizzati.

Il team di CASOPT ha svolto ricerche su un diverso approccio all’ottimizzazione parametrica tipicamente utilizzata. L’ottimizzazione su forma libera si basa sulla formulazione del problema aggiunto, offrendo informazioni sulla pendenza e riducendo lo sforzo dei progettatori nella preparazione del modello iniziale. Sebbene il nuovo metodo richieda un’ulteriore ricerca, è stato aggiunto al toolbox di simulazione per la verifica in ambienti industriali.

Lo scambio di know-how ed esperienza con i progettatori ABB ha spianato la strada a nuovi risultati nella tecnologia di simulazione da applicare direttamente alla progettazione di dispositivi elettrici. CASOPT ha offerto il ponte necessario tra gli sviluppatori del prodotto nell’industria e gli scienziati dagli istituti di ricerca per migliorare la qualità di progettazione generale.