Solutore LS-DYNA 3D in ambiente Femap

Categoria: Laboratorio e progetti. Scritto da Valerio Rossi Lunedì, 31 Gennaio 2011

Il software commerciale LS-DYNA 3D è tra i più potenti e diffusi solutori FEM non lineari in grado di effettuare analisi di tensioni e deformazioni in campo plastico dove non valgono le ipotesi di linearità delle condizioni elastiche.

In questo elaborato si propone di illustrare il metodo con cui realizzare modelli per il software LS-DYNA 3D mediante il software FEM Femap 10. Tale software verrà utilizzato quindi per il pre e il post processing, lasciando invece al LS-DYNA 3D il compito di eseguire i calcoli. Per convalidare le metodologie sopra descritte si effettueranno le analisi FEM su modelli semplici di cui si conoscono le formule analitiche della forza media di crash e si confronteranno con i risultati ottenuti mediante le simulazioni.

Le formule analitiche che descrivono il comportamento dei tubi circolari in parete sottile soggetti ad impatto assiale sono dovute agli studi di J. M. Alexander, mentre per le sezioni quadrate si fa riferimenti agli studi di T. Wierzbicki e W. Abramowicz che portarono all’identificazione delle tre modalità di collasso della struttura.

Il modello FEM è stato realizzato con le seguenti caratteristiche:

• Materiale: Fe360 
• Densità: 7850 kg/m3 
• Modulo di Young: 206 GPa 
• Coefficiente di Poisson: 0.33 
• Tensione di snervamento: 240 MPa 

Effettuata la mesh sulla struttura sono stati creati 12050 elementi, sufficienti a descrivere adeguatamente il comportamento della struttura durante il crush e il suo stato tensionale. La massa impattante pari a 741 Kg è stata schematizzata da un elemento rigid. I vincoli imposti alla struttura hanno consentito la sola traslazione lungo l’asse Z sia per i bordi, sia per la massa, in modo da simulare la presenza di una guida come nelle prove sperimentali. Sono state inoltre attivate le connessioni "Own" di autocontatto del tubo.

Il tempo di durata dell’analisi è stato impostato a 0.03 secondi e lo step di calcolo pari a 5 $\cdot 10^{-4}$ secondi. I risultati ottenuti mediante le simulazioni sono estremamente fedeli a quelli ottenuti mediante le formule analitiche L’analisi condotta ha inoltre messo in evidenza l’elevata capacità delle strutture tubolari in parete sottile di assorbire energia quando sono deformate assialmente; infatti il formarsi di un elevato numero di cerniere plastiche permette l’immagazzinamento di un elevato quantitativo di energia di deformazione.

Qui per vedere la relazione completa del progetto.