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Year 8 n°3 Autumn 2011


EASIT2: a Competence Framework for the Analysis and Simulation Industry

Simulare ed ottimizzare il processo di stampaggio a freddo di viterie

Reducing Emissions of PCDD/F in Sintering Plant: Numerical and Experimental Analysis

EnginSoft Contributes to the Reduction in Aircraft Engine Fuel Consumption (Project ERICKA)

Performance termo-fluidodinamiche e d’illuminazione di due tipologie di lucernari

Earth Breathing in Response to Underground Gas Storage Revealed by InSAR Measurements and Predicted by a Transversally Isotropic Geomechanical Model

EnginSoft Interviewed Mr. Matteo Cova, Engineer at SACMI

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EnginSoft Flash At EnginSoft, we are where our customers are. While we offer several different technologies and complementary services, we always keep the big picture in mind: the needs of industry and the accuracy, reliability, applicability of the different software products. During the year, our experts screen existing and new technologies. We are always up to speed and want to provide only the best to our customers. At the same time, we constantly adapt our consulting, support and training offers to have a most Ing. Stefano Odorizzi complete service package in place for the EnginSoft CEO and President user. Once a year, the EnginSoft International Conference and the ANSYS Italian Conference bring together all this knowledge, engineering expertise and software know-how to a melting-pot where our customers update us on what they expect from the software vendors, from EnginSoft and ANSYS! This Newsletter gives a Conference preview: We ask our readers to refer to the overview of the technical talks that will be presented on 20th and 21st October. The list of speakers is growing day by day. The program contains many highlights and outstanding topics from users from industry, the academia and research. Our Plenary Session features presentations from highlyesteemed keynote speakers who will update us on the global use and importance of CAE today. A Geomodelling Workshop complements the opening part of the program. It will highlight, among other themes, the geological deposition of sedimentary basins and their reconstruction, challenges that are of paramount importance to identify areas which can potentially host hydrocarbon reservoirs in the future. The program also offers a Workshop on Eco Building and how CAE technologies nowadays support the integrated design of sustainable buildings. A third workshop addresses the Design of Structures with Composite Materials. This Edition presents announcements of our Conference Sponsors to pre-inform our readers on the state-of-the art software and hardware products which will be showcased in the exhibition.

Articles this time include a case study on reducing emissions of PCDD/F in a sintering plant and the use of modeFRONTIER as a numerical and experimental analysis tool. Prof. Giuseppe Gambolati of University of Padova outlines earth breathing in response to underground gas storage. We hear about the impact of thermo-fluid-dynamics in the development of industrial lighting and the impact on heating, ventilation and costs. Our in-depth study describes cold forging simulation and process optimization with ColdForm. Gruppo Ferroli inform us about their use of MAGMASOFT and MAGMAfrontier. Our software news features the Forge 2011 Release Notes.

We update our readers on EnginSoft’s role in the ERIKA and EASIT2 Research Projects and our collaboration with NAFEMS for the latter. Our interview this time presents Mr Cova, Engineer at SACMI and some of his views on innovation and CAE. We report from the 12th International Summer School on Light Alloys Castings and look out on the next seminars and conferences with our Event Calendar. Recently, the Trends & Challenges in Computational Mechanics-TCCM 2011 Conference took place in Padua, in Honor of Professor Peter Wriggers’ 60th Birthday. Our readers are invited to hear more about one of the world’s leading scientist in this field on the following pages. The Japan Column informs us about the CDAJ Numerical Analysis Academy, a seminar program that delivers the highest quality technical information to modeFRONTIER Users in Japan. We also learn about the spirit of WA in the Japanese culture and the importance of teamwork and community effort. …these thoughts also accompany our team while closing this Edition and preparing for the Conference on 20th and 20st October. EnginSoft and ANSYS Italy look forward to welcoming you to Verona! Let us share our knowledge and enthusiasm for CAE, simulation and innovation! Stefano Odorizzi Editor in chief

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Sommario - Contents CASE STUDIES

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Reducing Emissions of PCDD/F in Sintering Plant: Numerical and Experimental Analysis Performance termo-fluidodinamiche e d’illuminazione di due tipologie di lucernari


19 21

EnginSoft Contributes to the Reduction in Aircraft Engine Fuel Consumption as a Partner of the FP7 European Project ERICKA EASIT2: a Competence Framework for the Analysis and Simulation Industry


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Earth Breathing in Response to Underground Gas Storage Revealed by InSAR Measurements and Predicted by a Transversally Isotropic Geomechanical Model Esperienze di simulazione di stampaggio a freddo di acciaio con presse automatiche multi stazione: l’ottimizzazione di processo come strumento per ottenere le migliori prestazioni e la massima qualità



FORGE 2011 Release Notes



FERROLI: Passione, Professionalità, Dedizione



EnginSoft Interviewed Mr. Matteo Cova, Engineer at Sacmi


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CAE Seminars in Japan, “CDAJ Numerical Analysis Academy” 和 “WA” - Exploring the True Meaning

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ESAComp is a trademark of Componeering Inc. ( Forge and Coldform are trademarks of Transvalor S.A. ( AdvantEdge is a trademark of Third Wave Systems (


LS-DYNA is a trademark of Livermore Software Technology Corporation. ( SCULPTOR is a trademark of Optimal Solutions Software, LLC ( Grapheur is a product of Reactive Search SrL, a partner of EnginSoft ( For more information, please contact the Editorial Team

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TRENDS & CHALLENGES IN COMPUTATIONAL MECHANICS: A Conference in Honour of Peter Wriggers’ 60th Birthday 12th International Summer School on “Light Alloys Castings: from Innovative Design to Advanced Applications” Seminario sulla Tomografia Computerizzata EnginSoft Event Calendar

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Reducing Emissions of PCDD/F in Sintering Plant: Numerical and Experimental Analysis The sintering operation in integrated steelworks is one of the main sources for the production of polychlorinated dibenzop-dioxins, polychlorinated-dibenzo-furans, NOx and SOx. In the present study, the operating conditions, through which a reduction in emissions can be achieved, were defined through numerical analysis. The following process parameters were evaluated: gas temperature, quantities of chlorine and copper and additions of hydrated lime, sulphur and urea. Using the optimization software modeFRONTIER, a virtual surface that can reproduce the actual process of sintering was created. Moreover the application of filtering to postsintering gas, such as electrostatic precipitator and wetfine scrubber, yielded a reduction in emission values down to the limits stated by the international protocol Aarhus. Keywords: Iron ore sintering, Dioxin emission, Numerical analysis, Process optimization List of symbols Cl chlorine rate CO carbon monoxide CO2 carbon dioxide rate Cu copper rate DoE design of experiment DOF design objective function ESP electrostatic precipitator Lim maximum value of the output min. minimum value of the output MOGA multiobjective genetic algorithm MOGT multiobjective games theory Moi moisture NOx nitrides NSGAII non-dominated sorting genetic algorithm O2 oxygen rate PCDD polychrorinated dibenzo-p-dioxins PCDF polychrorinated dibenzo-furans rate air flowrate RS response surface S Sulphur rate SOx sulphides Twbox windbox temperature Twleg windleg temperature TCDD 2,3,7,8,-tetrachlorodibenzo-p-dioxin TEF toxic equivalency factor TEQ toxicity equivalent Wb windbox number WS wetfine scrubber

Introduction Process description The process of sintering to improve the physical and chemical properties of iron ore for use in blast furnaces is well documented [1–5]. The agglomeration process gives rise to many different physical and chemical phenomena. During heating, the following main steps can be distinguished: • around 100°C, drying of the mixture; at higher temperatures, the water of crystallization is removed • between 600 and 800°C, the first agglomeration of fine particles into a porous material takes place, and the swelling grains adhere weakly to each other • above 1000°C, the grains soften, and the physical and chemical conditions lead to the completion of the agglomeration process. At the end of the grate, a sinter breaker reduces the sintered material to the desired size [6]. Here, PCDD/Fs form in the presence of carbon containing materials [7,8]; the process is favoured by the presence of specific organic compounds or a carbonaceous matrix sand source of chlorine and oxygen, plus increased temperatures (200–800°C; at higher temperatures, PCDD/Fs will rapidly decompose). It was observed that the presence of catalytic metals (Cu) can be essential at modest temperatures [9]. In the sinter bed, basically three layers can be recognized: raw material (wet and cold), the burning front and the cool down zone, consisting of sintered material. In this region, the products of incomplete combustion surviving the heat of the burning front may condense, while the temperature is high enough to enable reactions with species in the raw materials acting as catalysts. Furthermore, the native carbon containing materials may react via the so called “de novo route”. During sintering, conditions are encountered wherein dioxins can be formed and, for some parts, survive [10]. Emission formation The gas temperature inside the windbox and windlegs is lower (100–500°C) compared to the sintering grate; such conditions lead to the optimal physical and chemical conditions for the formation of pollutants, such as PCDD/F, NOx and SOx [11]. Both PCDDs and PCDFs are persistent stable organic pollutants formed in all those high temperature processes with an abundance of organic material in the presence of chlorine and copper. Dioxins and furans are chlorinated tricyclic organic compounds resulting from the

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combination of organic compounds impregnated with halogens (i.e. fluorine, chlorine, bromine or iodine) with a specific molecular heterocyclic structure [12]. A deep and complete thermodynamic description of the PCDD/F formation has been presented by Tan et al [13]. These compounds are commonly grouped under the name ”dioxins”, but their chemical structures and their properties can be very different. Dioxins are a class of heterocyclic organic compounds whose basic structure consists of rings with four carbon and two oxygen atoms. On the other hand, furans have only one oxygen atom (Fig. 1), and the two outer benzene rings are linked by a pentagonal structure. Among the 200 types of


Multiobjective analysis In the present study, a broad range of processing parameters affecting the development of PCDD/Fs in the sintering process has been evaluated. The main aim was the possible reduction of dangerous emissions through numerical and experimental analysis, allowing the definition of the optimal conditions for the minimisation of pollutants. The employed multiobjective optimisation software is modeFRONTIER,

Fig. 1 - Polychrorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzo-furans structure

Fig. 3 - modeFRONTIER (mF) operative optimization flow

Fig. 2 - 2,3,7,8,-tetrachlorodibenzo-p-dioxin structure

known dioxins, the most famous are certainly the PCDD, characterised by the presence of chlorine atoms that will complement the aromatic rings. The chemical stability of such compounds derives from the presence of these rings. The most dangerous of dioxins, for serious problems of bioaccumulation and environmental contamination, is certainly TCDD (Fig. 2). A detailed description of their formation is presented in the literature [14-16]. The PCDDs are generally measured in terms of TEQ relative to TCDD as a reference, being the most polluting and dangerous. The poly dibenzo-dioxins have different toxicities in relation to their structure. The TEQ expresses the quantity of a “toxic” substance as the concentration of the reference substance that can generate the same toxic effects of TCDD. It is also possible to obtain the concentration of a PCDD with its toxic equivalency through the use of the TEF. The TEF for TCDD is assigned equal to 1, while the other dioxins have a factor of <1. This dimensionless parameter, multiplied by the actual concentration, results in the TEQ. The World Health Organization has identified the seven most toxic PCDDs and the 10 most toxic PCDFs, giving them an international toxic equivalency factor (equation (1))

through which a set of input parameters, governing the plant and the production process, were defined. They were evaluated on the basis of an optimization algorithm chosen for the multiobjective analysis (Fig. 3). Starting from a database, built by employing experimental and literature data, a computational model (n-dimensional virtual surfaces) capable of reproducing at best the actual process was developed. The analysis performed led to the minimization of the output variables (PCDD/F, NOx and SOx). For PCDD/F, it was necessary to apply a filtering system in

Fig. 4 - Workflow of analysis

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Fig. 5 - Dioxin emission in sintering plan monitored in present study: data are compared with levels indicated by Aarhus protocol17 and European legislation

order to obtain quantities of emissions below the legal limit of 0.4 ng I-TEQ/N m3 as required by the Aarhus protocol 17–21 required by the Aarhus protocol [17–21]. Experimental and numerical procedure Work definition The sintering process is outlined in the workflow through the analysis carried out by modeFRONTIER, as shown in Fig. 4. The workflow is divided into data flow (solid line) and logic flow (dotted line), which have a common node, i.e. the calculator node, in which mathematical functions and chemical reactions representative of the process are introduced. In the data flow, all the input parameters are

Tab. 1 - Example of database

grouped; such input parameters should be optimized during numerical simulations as a function of the multiobjectives (in the present case, the reduction of emissions). In the present case, the following input parameters are considered and then introduced: • number of the windbox: progressive value that indicates in which windbox there was a known level of emissions; • gas temperatures in the windbox and windlegC • percentage of O2, CO2, CO and Moi inside the windbox that affects the development of PCDD/F22; • exit gas rate (in m s-1): it appears to be an important parameter because it defines how long the gas remains within the windbox [23];

• Cl and Cu: both elements improve the production of PCDD/F, although in different ways; chlorine is a key component of the structure of PCDD/F, and depending on the number of atoms on the rings, it defines the hazards and toxicity; copper is a strong catalyst and thus fosters a series of chemical reactions, leading to the development of PCDD/F [19,20]; • addition of S, according to the following three ways: through gas SO2 added to the combustion gases, by the addition of coal containing sulphur with more impact than the previous case of pollutants SO2, in the form of sulphur based reagents added to crude oil [24]; • addition of urea, which has a dual effect of inhibition: it can act on the urea functional groups by blocking some surface complexes and thereby reducing the availability of catalytic metal sites and can coat the surface of the particulates and prevent chemical reactions [25-28]; • addition of hydrated lime: capable of increasing the economic productivity of sintering; it is demonstrated to be a good suppressor of PCDD/F [29-31]; normally, HCl reacts with oxygen to form water and Cl2; the lime reduces the atmosphere of chlorination by setting HCl in CaCl2, which has the lowest vapour pressure between the various metal chlorides [32]. The analysis of the sintering process was performed on a sintering plant (Dwight-Lloyd) belonging to an Italian steel company. The emissions levels in the past years before the study are shown in Fig. 5 and compared with the Aarhus protocol and the European legislation. Each windbox was equipped with thermocouples (k type) in order to monitor the off-gas temperature during sintering. The flue gas composition was monitored according to EN1948 parts 2 and 3, EN1948 SS (sampling standards, Wellington Laboratories), EN1948ES (extraction standards, Wellington Laboratories) and EN1948IS (injection standards, Wellington Laboratories) by employing a high resolution gas chromatograph and a high resolution selective mass detector. The output variables (PCDD/F, NOx and SOx) define a multigoal analysis and have been minimized, taking into account some constraints or limitations typical of the actual process of sintering. At this stage, the nodes that make up the logic flow of numerical analysis are defined. The first node is the DoE, which is a set of different designs reproducing different possible working conditions, among which the most effective ones are highlighted. Therefore, it means creating a set number of designs that will be used by the scheduler (the node where the best algorithm is introduced) for the optimisation. Depending on how this space is filled, the designs, defined by the scheduler, are more or less truthful. Therefore, the choice of the DoE is to

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be assessed correctly. In the present case, an appropriate method of assessment proposed by mode FRONTIER was used, i.e. ‘reduced factorial’. This method is characterised by the independence between all the considered variables, and it allows the creation of a space design that can start covering all the different possible configurations and more easily achieve the optimum. The second node filters the input experimental data; the filtering is possible by employing three types of different algorithms. Such algorithms are MOGA II, MOGT and NSGA II. The MOGA is set to obtain a fast convergence to the Pareto


curve, supports the geographic selection and directional crossover and allows the simultaneous assessment of independent design. The MOGT is based on the competitive game theory by Nash linked to the simplex algorithm. It is particularly suitable for studies with many constraints, highly non-linear objectives. It finds a compromise solution (Nash equilibrium) from a small number of rating points. The NSGA II is based on the crossing over method. The different performances of all the available algorithms were analyzed; NSGA II was found to be the most suitable for this kind of study. The main reasons are the possibility to analyse a large number of input parameters and to produce a series of designs able to investigate all the possible combinations of input parameters in a broad range of conditions. A number of generations equal to 10 or 100 (depending on the test) and a probability of crossover equal to 0.9 were set. The main features of the NSGA II are the following: • the allowance of continuous (real code) and discrete variables (binary code); • allowing user defined discretization; • the method of handling constraints does not use the parameter penalty; • the implementation of elitism for multiobjective research; • the diversity and distribution of the solutions are guaranteed without the use of sharing parameters; • the allowance of the competitive assessment of the n independent variables. Multiobjective analysis By continuing the analysis, the core work flow is defined, which, in the present case, is a specific RS, which proves to be the only node common between logical and data flow. Generally, in this kind of analysis, the heart of the optimisation is represented by a series of equations of chemical and physical nature of a given resolution to get the desired output. In the present case, all this information is not clear due to the complexity of the process, and so it was decided to employ the methodology of response surfaces. Optimization software allows the following different kinds of RS. For each output variable to be minimised, it is necessary to create a response surface. The analysis starts from a database built with data of operating conditions of the sintering plants obtained from experimental measurements and other related values found in the literature.

Fig. 6 - NOx, SOx, dioxin versus windbox and temperature

Database construction The database was built by introducing the input parameters, the corresponding output for each working condition experimentally analysed and the physical correlations between the different conditions. The global employed database consists of 578 different designs; an example of input and output parameters is shown in Table 1. Of the 578 starting designs, 572 were used to generate metamodels, while six designs were employed as designs of control to verify the affordability of the response surfaces. The choice of these six was taken in order to get the right

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Fig. 7 - NOx, SOx, dioxin versus urea and windbox

Fig. 8 -NOx, SOx, dioxin versus hydrated lime and windbox

information on the entire range of existence of the output variables. The designs of control are the following: ID=126; low value of PCDD/F, low NOx, SOx low ID=184, average value of PCDD/F, low NOx, SOx high ID=269, average value of PCDD/F, low NOx, SOx average ID=346; low value of PCDD/F, high NOx, SOx low ID=501; high value of PCDD/F, low NOx, SOx low ID=534, mean PCDD/F, high NOx, SOx low.

generating a surface, and with this method, it is possible to choose the degree of the polynomial interpolation with which the different information can build a virtual model. Radial basis function (RBF) is a powerful tool for the multivariate interpolation of scattered data. The term ‘scattered data’ means that the points of training should not be sampled on a regular grid because RBF is a correct method without the use of mesh. Since the RBF interpolant is a response surface, it passes through the points of training. With this method, a policy of fully automatic scaling based on the minimization of the mean ‘leave one out’ is implemented. Through a scale parameter, the shape of the radial function can be determined. The leave one out method is an effective way to control the efficiency of interpolating a response.

In the present study, six response surfaces that are best suited to deal with multiobjective optimization were obtained. The six response surfaces are a function of the chosen response surface. The characteristics of each family of RS are as follows. Single value decomposition (SVD) is the simplest method for

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information on the error between the created surface and the real distribution of the starting design. In this way, it was possible to find the average and maximum relative and absolute error, regression and principal value of the error.

Tab. 2 - Input parameters

Tab. 3 - Windbox optimum design no. 19

Neural network (NN) is one of the most powerful and efficient methods of interpolation. Inspired by the structure and functions of the human brain, NNs can learn from a training set proposed by the user. The interpolating function is usually a sigmoid function. An NN may generate non-linear relationships between input and output variables. The network that is generated consists of a sequence of hidden layers of neurons allowing the creation of relationships between input and output variables. One of the problems occurring with the use of NNs is overfitting. The next step is to evaluate the performance surface and use them as a node operator in our workflow. The available tools are the ones offered by modeFRONTIER, such as the response surface methodology (RSM) distance, the RSM residual and the RSM function plot. Initially, the tool RSM distance, allowing to assess graphically the distance between the real values provided by the database and those generated by the virtual meta-model, was employed. The virtual profile is very close to that of the actual design but, in some cases, cannot reflect it perfectly. The difference is greater with respect to the SVD surfaces. The situation improves with the NN. At first glance, using such a tool, the best Dioxin_RBF_0 and Dioxin_NN_1 were found, but in this case, a more detailed analysis is necessary. With regard to the NOx variable, the same kind of analysis was performed. The two SVD surfaces cannot play the best sequence of real design. It can be concluded, then, that the choice falls on the type RBF or NN, which are more efficient. In addition, for the SOx, the same kind of analysis was performed. The surface SOx_SVD_0 cannot cover the design that has a high value of SOx, and it behaves better in the case of a design with smaller values. This leads to the formation of a poor surface for higher values of this parameter. This first analysis led to the realization of how poorly performing the SVD_0 surface for all three output variables was, but not to narrow the field to the point of making a safe choice. Therefore, the second tool provided by mF or residual RSM was employed. This provides graphical and numerical

Optimization procedure For the areas related to PCDD/F, the numerical value of the regression is about the same (close to 0.99). For the mean error, the order of magnitude is 10-3, except for areas where NN_1 e RBF_0 decreases to 10-4. At this point, they must be considered the maximum and average error, both absolute and relative. The maximum error is the same for all RS, improving slightly as it rises from the SVD to the NN. Instead of evaluating the average error, the known lowest values are those of the RBF surfaces that decrease to orders of magnitude of 10-2/10-3. Observing the error, both absolute and relative, the surface method appears to be the most powerful. By performing the same analysis on the NOx variable, it was observed that the poorer areas are the SVD with residual high values. Furthermore, it shows how the lowest levels of residues are those of the two surfaces of RBF type. The most powerful, at least limited to this tool, seems to be the surface NOx_RBF_0. Finally, the same analysis was made to the output SOx variable. In the same way, it was found that the best is the SOx_RBF_0. The last tool to be used is the RSM plot function, which allows us to understand how the surface reconstructs a pattern of the three outputs as a function of the input variable. After the analysis of all the areas carried out through three different tools proposed in the design space of the mF panel, the optimal condition of the analysis can be chosen for each of the three output variables. The choices are the following: • PCDD/F5Dioxin_RBF_0 • NOx5NOx_RBF_0 • SOx5SOx_RBF_O The choices lead to the use of RBF type surfaces with the MultiQuadrics Hardy’s radial function. In fact, by looking at a distance, only the RSM distance and the RSM plot function, the RBF surfaces are very good. The contribution of residual RSM leads to the choice of RBF_0 permanently. At the beginning of the analysis, modeFRONTIER generates the space of DoE following the

Tab. 4 - Emissions of three best designs

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Tab. 5 - Parameters fixed for all windboxes

Tab. 6 - Temperature fixed in windboxes and windlegs

reduced factorial method. Then, these designs are transformed by the NSGA II algorithm. The new designs created by mF fill all the ranges of analysis. These designs are introduced in the response surface that has been set in the first step of the study. In this way, the mF generates a determined number of working parameters, which lead to a particular emission value. At this point, the user has to choose the set of input that produces the lower emission value for each output, considering the physical constraints and the legal limit. Results and discussion Before starting to analyse the results of numerical simulation, the influence of input parameters should be evaluated. Concerning the gas temperature in the windbox and windleg, it must be noted that their trends are very similar and differ only from 30 to 50°C; the last box can reach even higher temperatures, up to 500–550°C. As shown in Fig. 6, the PCDD/F distribution has the maximum value around windbox no. 19, while the amount of emissions remains low in the first part of the sinter bed and in the end. When the gas temperature is higher than 500°C, the amount of PCDD/F is reduced. For NOx emissions, the maximum value is in windbox no. 7, while the maximum value of SOx is in windbox no. 16. The role of sulphur in the reduction of emissions in the sintering can be noted. In all three ways previously observed, there has been a reduction of PCDD/F, especially in the

Fig. 9 - CO2, O2, CO and moisture versus windbox

second case, and it is probably due to the presence of SOx in flue gas. It is believed that these sulphides can be converted to SO2, reducing the chlorine in HCl. The influence of urea is very important in the reduction of polluting emission. In particular, the emissions levels are reduced as the urea levels increase. For the PCDD/F, it occurs by means of physical deposition or by poisoning the catalytic sites (Fig. 7). A positive finding of urea in the reduction of SOx and NOx emissions, by up to 32 and 15% respectively, was also noted. The importance of lime in the reduction of PCDD/F should be outlined when it is introduced in the raw material. The emission levels are reduced as the lime quantity in the raw materials increases. The lime also brings a reduction of NOx from 16 to 30% of initial value and up to over 70% for SOx in particular working conditions (Fig. 8). Table 2 summarises the range of existence of all the input parameters analysed in the present study. The range of existence of any input parameter is characterised by chemical and physical constraints that have to be respected to obtain realistic results from the analysis. For example, the gas temperature in the windbox has to be higher than 450–500°C because, at this point, PCDD/Fs begin to decompose, but at the same time, the temperature should not increase too much because the process would become too expensive. Cu and Cl have to be reduced, but there are physical and technological constraints that have to be respected by limiting the reduction of such elements in the raw material. Urea, sulphur and hydrated lime lead to a reduction of emissions, but too large an amount of these leads to the deterioration of the mechanical and technological properties of the sintered material. If the sulphur percentage rises, then the amount of SOx increases. For this reason, some designs have been excluded from the analysis. During the preliminary analysis of the training database, the windbox with the highest level of emissions was noted to be no. 19, so the first analysis was performed only on that windbox to look for a set of values to be assigned to the different parameters in order to reduce the production of PCDD/F, NOx and SOx. With the numerical simulation by mF software, a series of operating conditions for the sintering process has been defined. However, not all the numeric strings have produced low amounts of emissions. In some cases, the value is low for PCDD/F but very high for the other output, NOx and SOx. It is very important to consider all the aspects of the physical process. The user has to analyse the different sets of parameters and the output values reached, and he has to choose the best operating conditions. From the list offered by the first step of analysis, with numerical simulations, the three most suitable designs have been proposed because these lead to the minimum value of PCDD/F, NOx and SOx. Such optimum designs are summarised in Table 3. It should be noted that in all these cases, there are high values of oxygen, while those of monoxide and carbon dioxide and moisture are relatively low.

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Tab. 7 - Emission values

Tab. 8 - Radial basis function and ED emission

Tab. 9 - Emission with filter devices

The gas temperatures in the windbox turn out high; the chlorine and copper values are low, while the levels of additives cover upper middle values. Maximum emissions of SOx and NOx are found in windbox nos. 17 and 7 respectively. When sulphur rises, the level of SOx emissions increases, while the increase in the lime addition leads to a reduction in the levels of NOx and PCDD/F emissions. At this point, the best operating conditions of all the 21 windboxes of the system were fixed, and the medium value, weighed in the three different cases, was estimated. Some parameters, such as lime, sulphur, urea, chlorine and copper, remain similar for all the 21 windboxes, while the remaining input (temperatures, moisture, oxygen, etc.) assumes different values according to the position in the sintering bed [33]. In Table 4, the values of the emissions for the different designs are summarised. In all three cases, the medium values of emissions of SOx and NOx are largely below the legal limit indicated by the international protocol Aarhus. Unfortunately, with such operating conditions, the PCDD/F levels still exceed the value limit of 0.4 ng I-TEQ/N m3. In addition to offering minimal value in the optimisation regarding windbox no. 19, design 1 proposes valid operating conditions for the whole system and the lowest values of pollutants. In order to define the optimisation strategy, reference to design 1 was chosen. The process parameters, which result independent from the position on the belt conveyor, were fixed. They are shown in Table 5. For the remaining process parameters, the choice of the values to apply to the single windbox is necessary. The results offered from the first phase of optimisation were not followed because the proposed profiles are discontinuous and inhomogeneous and difficult to apply to a real system. Therefore, another set of more homogenous profiles was proposed taking into account the data of the first phase of analysis, which is defined as new design (Fig. 9). At last, the temperatures of the windboxes and windlegs for the new design were chosen and are shown in Table 6. With these values attributed to the input variables, the minimum value of emissions obtained can be discovered. In Table 7, the results of the different designs are compared. Some of the optimal operating conditions were removed in favour of profiles easier to apply to the system.


Consequently, an increase in the medium levels of emissions can be expected. In fact, the level of PCDD/F was found to vary from 0.43 to 0.45 ng I-TEQ/N m3, with also a contemporary increase in NOx and SOx. With the exception of the latter, the PCDD/F still exceeded the legal limits. Despite an increase in emissions, the application of the set of parameters of the new design was chosen because it is technologically simpler to realise. In addition, a parallel analysis method was carried out. This method is based on the evolutionary design (ED). This allowed the extrapolation of a mathematical function from each of the three RS, with which the real system is reproduced. These functions are less realistic than RS. In Table 8, the values obtained with the two methods of calculation were compared. This study made it possible to implement a setting of the system through which it is possible to obtain a clean reduction of the emissions of polluting substances. Thus, just acting on input parameters, all the values of PCDD/F below the legal limit were not possible to achieve. A further possible improvement was studied, which consists of the application of a determined filtered device that can carry a further reduction of pollutants [34]. The employed devices were as follows: • ESP: Such a device is used mainly in order to collect and control particles produced in metallurgical systems [35,36]. The operation of this device is based on the application of a strong electric field (10 000–20 000 V) through which particles contained in the exit gas are forced to pass. Successively, these run through a wide series of collection slabs, with opposite sign charges, which block such polluting particles; • WS: this device contributes to reduce the emissions of PCDD/F in vapour form. The device makes possible the reduction of emissions by means of a two stage process: the first consists of the passage through a quenching unit, i.e. the scrubber, and the second is the passage through an electrostatic precipitator. The objective of our work is to understand how much these devices can be influential in the reduction of polluting emissions. In Ref. 37, the ESP and a more complex system like WS in a typical sintering system were analysed. Since, in the study, there are some small differences regarding the system considered in this analysis, a safety value of reduction was assumed, limiting the efficiency of the devices analysed in Ref. 37. We assume the following values of efficiency: ESP Reduction PCDD/F=40% WS Reduction PCDD/F=65% Reduction SOx=5%

14 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 Consequently, applying such reductions to the values obtained from our numerical simulations, we succeed in obtaining the values of emissions shown in Table 9. Table 9 summarises the choices carried out and the final values obtained. It should be noted that the filtering device does not have an influence on the reduction of the NOx, but this turns out negligible as we are already within legal limits thanks to the choices made in the input parameters. The main situation is identical for the values of SOx; even with WS, they are reduced by 5%. The reduction obtained from the PCDD/F emissions is the key aspect of the present study. In the event of the application of the ESP, the emission value is 0.27 ng ITEQ/N m3, while in the second case, the value is 0.16 ng I-TEQ/N m3, largely below the legal limit set in 31 December 2010. Conclusions Using the optimization software modeFRONTIER (ESTECO), a virtual surface that can reproduce the actual process of sintering was created. Optimization of the sinter raw mix and, in particular, the operation of windbox no. 19, the main source of emissions, resulted in a 10-fold reduction in dioxins, but they were still marginally above the legal limit. The use of post-sintering scrubbers or precipitators reduced emissions to below the legal maximum. The NOx and SOx levels were below the legal maxima even without scrubbing or recipitators.

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Performance termo-fluidodinamiche e d’illuminazione di due tipologie di lucernari Lighting and Thermo-Fluid Dynamics: Vertical Opening vs Side-opening Skylights In order to benefit from environmental resources, high efficiency energy buildings are characterized by integrated architectural solutions. Naturally illuminated and ventilated working areas are healthier and make people feel better. Yet, if architects and engineers want to be efficient and successful in these areas, they have to analyze different and conflicting facts. While wide windows guarantee lots of good light and ventilation, it is important to protect people and objects from heat and the sun to avoid discomfort. These problems should be addressed early in the planning phase by using integrated design solutions, e.g. it is important to study wall and roof exposure prior to choosing window shapes, dimensions and materials. Basso Luce e Aria is an Italian company with 40 years of experience in the design and production of solutions for bringing natural light and air into

tamente e naturalmente ventilati ed illuminati, dall’altro obbligano a proteggere coloro che si trovano negli ambienti dal notevole carico termico che l’irraggiamento solare produce e dai fenomeni di abbagliamento e di discomfort locale. Si tratta quindi di un problema di progettazione integrata da affrontare fin dalle prime fasi della progettazione, con un’opportuna scelta del tipo di finestratura, delle dimensioni e della forma delle aperture, dei materiali impiegati e dell’orientamento dell’edificio stesso. Basso Luce e Aria ha quarant’anni di esperienza nell’affrontare problematiche di questo tipo. La progettazione e la produzione di soluzioni che portano luce ed aria naturali in ambienti per l’edilizia industriale, commerciale e civile rappresentano il core business aziendale. Oggi quest’azienda vuole offrire di più. Sfruttare modelli matematici per studiare ambienti più confortevoli, salutari ed energeticamente efficienti. Si collocano in questo contesto gli studi condotti per la valutazione dell’illuminazione e delle performance termo-fluidodinamiche di due diverse tipologie di lucernari prodotti dalla Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR) e Lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA ACL) (vedi Figura 1 e Figura 2).

Analisi Illuminazione Una delle caratteristiche principali che rende preferiFig. 1 – Basso Luce e Aria: Lucernari ad Fig. 2 – Basso Luce e Aria: Lucernari ad bile la sorgente solare rispetto ad altre è la sua magapertura verticale (ALIDARIA ADR) apertura laterale (ARCODARIA ACL) gior resa cromatica (cioè come i colori appaiono sotto varie fonti di luce). Inoltre la radiazione visibile proveniente homes and offices. Nowadays, the company has widened its offer: dal sole e dal cielo aggiunge una naturale dinamica alle conditheir technical teams use mathematical models in order to design zioni d’illuminazione di un ambiente, attraverso le variazioni healthier, more comfortable and energy efficient environments. temporali di colore, contrasto e luminanza di ogni superficie. La Basso Luce e Aria collaborates with EnginSoft to evaluate the disponibilità di luce naturale, però, a differenza di quella artifilighting and thermo-fluid dynamics of two of their skylight ciale, non può essere controllata e fissata dal progettista: la sua models: ALIDARIA ADR with vertical opening, fig. 1, and distribuzione e la sua intensità sono in funzione della stagione ARCODARI ACL with side opening, fig. 2. The computational e della latitudine considerate. analysis performed by EnginSoft reveals that while both devices, ALIDARIA ADR and ARCODARI ACL, provide good light incidence, La geometria degli spazi e le caratteristiche fotometriche dei ALIDARIA ADR ensures better ventilation. materiali giocano un ruolo fondamentale nel determinare la distribuzione spaziale e la qualità della luce in un ambiente, poiLa realizzazione di un edificio energeticamente efficiente passa ché le caratteristiche della luce disponibile su un piano di lavoattraverso la scelta di soluzioni tecniche che, integrandosi nelro dipendono fortemente dalla geometria, dalla morfologia e dall’architettura, permettono di massimizzare lo sfruttamento delle le proprietà dei vari materiali ‘incontrati’ dalla radiazione lumipotenzialità climatiche locali. nosa nel percorso dalla sorgente al piano di utilizzazione. Un ambiente di lavoro illuminato e ventilato naturalmente è più Il flusso luminoso incidente su un materiale viene, infatti, in salutare e produce effetti benefici sulle persone, migliorandone parte trasmesso, in parte riflesso e in parte assorbito. I raggi luanche l’operatività. L’obiettivo di garantire il benessere di chi viminosi che attraversano l’apertura trasparente, inoltre, incidono ve e opera all’interno dei fabbricati comporta l’esame di aspetti sulle diverse pareti che delimitano l’ambiente e da queste vendiversi e talvolta tra loro contrastanti. Ampie finestrature congono in parte assorbiti e in parte riflessi con una nuova variasentono da un lato il lavoro dell’individuo in ambienti adegua-

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Tabella 1 – Proprietà ottiche e termiche delle lastre dei lucernari

Fig. 3 – Modello geometrico

zione della distribuzione spettrale e della direzione dei raggi luminosi. Vista la complessità dei calcoli richiesti per la valutazione dell’illuminamento naturale in ambienti confinati, l’uso di programmi di calcolo automatico basati su modelli tridimensionali dell’edificio appare come la soluzione più idonea per la verifica della qualità dell’ambiente luminoso nella fase di progetto.

ne del materiale e dello spessore delle lastre e della presenza di eventuali velature (vedi Figura 4 e Tabella 1). La complessità del problema affrontato dipende principalmente dall’elevato numero di variabili che influiscono sulla determinazione dello stato d’illuminamento dell’ambiente interno. Le analisi sono state eseguite utilizzando il software per la simulazione in regime dinamico della risposta degli edifici EnergyPlus*, corredato dalle facilities della BENIMPACT Suite** di EnginSoft. Per l’analisi illuminotecnica è necessario realizzare il modello tridimensionale dell’edificio (alle cui superfici vanno attribuite adeguate proprietà ottiche), e disporre dei dati orari locali relativi all’illuminamento su superficie orizzontale per le componenti globali, diffuse e dirette. È possibile conoscere, ora per ora, come si comporta il flusso luminoso entrante nell’edificio al variare delle “stratigrafie” dei lu-

L’analisi numerica è stata condotta prendendo a riferimento un edificio industriale a pianta quasi quadrata con lato di 75 m circa e altezza prossima agli 11 m. La pianta è smussata sul lato NE e la zona produttiva confina a SE con la palazzina degli uffici, che in queste analisi viene considerata solo come volume ombreggiante. Sulla copertura, di tipo piano, sono installati 21 lucernari di tipo ADR con lastra esterna color opale e velatura interna (vedi Figura 3). Dal punto di vista illuminotecnico, le geometrie dei lucernari del tipo ad apertura verticale e laterale praticamente si equivalgono. Il livello di illuminazione (trasmittanza luminosa) e la quantità di calore trasmesso (conduttanza termica) variano in funzio-

Fig. 4 – Lucernari con velario

Tabella 2 – Illuminamenti calcolati per la configurazione con lastra esterna opale e velario trasparente

cernari e calcolare il livello d’illuminamento interno di una griglia di punti posta a 80 cm dalla pavimentazione del capannone, quota convenzionale dei piani di lavoro. Nel caso di assenza di velario al di sotto dei lucernari vi è un eccessivo irraggiamento nelle ore centrali della giornata. Le simulazioni hanno permesso di individuare come soluzione ottimale la configurazione con lastra esterna color opale e velario interno trasparente, che garantisce una miglior diffusione della luce. Si riportano di seguito le mappe che riportano i valori di illuminamento orario medio mensile per i mesi di gennaio e luglio (vedi Tabella 2) e una tabella di intervalli di riferimento (vedi Tabella 3). Si fa presente che, rispetto ai valori di illuminamento presentati (vedi mappe della tabella 2), quelli calcolati in assenza di ve-

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fra loro strettamente connessi: il numero di ricircoli aria per ora e le temperature medie nel capannone. Il primo indice rappresenta il numero di volte che il volume d’aria interno al capannone viene rinnovato ad ogni ora grazie all’ingresso di aria proveniente dall’atmosfera. I risultati mostrano come le performance del Lucernari ad apertura verticale siano nettamente superiori (+33%). Il maggior ricambio d’aria assicurato dai lucernari ad apertura verticale si traduce in un valore più favorevole del secondo inTabella 3 - Intervalli di illuminamento in funzione dei compiti visivi

lario sono del 50% superiori, mentre quelli con velario opale sono del 40% inferiori. Inoltre, l’isolamento termico dei lucernari aumenta installando il velario, ma non è influenzato in maniera significativa dal suo colore. La scelta della “stratigrafia” del lucernario da installare dipende quindi dall’analisi combinata delle prestazioni energetiche globali e di comfort luminoso desiderate. Analisi Termofluidodinamica Fig. 5 - Configurazione con velario trasparente I lucernari sono tra i principali attori nella regolazione dei flussi energetici di un edificio da e per l’ambiente esterno. Un lucernario performante dal punto di vista termo-fluidodinamico favorisce la movimentazione della massa d’aria presente nell’edificio mitigandone le condizioni climatiche. Di qui la necessità di un’attenta progettazione di tali dispositivi e l’esigenza di studiarne il comportamento fluidodinamico tramite un modello matematico. La simulazione numerica dei campi termici e del moto d’aria all’interno di un edificio è infatti in grado di fornire importanti indicazioni sull’efficienza termica dell’edificio stesso. Nel caso specifico, l’analisi numerica è stata condotta prendendo a riferimento un capannone industriale di dimensioni standard (Superficie pianta 960 m2 e Volume 10560 m3). La superficie finestrata apribile del capannone è stata decisa sulla base del regolamento edilizio che prevede una metratura pari ad almeno 1/20 della superficie di pianta equamente distribuita fra Fig. 6 – Modello geometrico per analisi CFD con lucernari ad apertura verticale installati sul tetto del capannone lucernari e finestre apribili a parete. In accordo con la normativa sono stati installati sul tetto del capannone 4 lucernari da 6[m2] ciascuno e sulla parete 4 finestre con apertura a vasistas anch’esse da 6[m2] ciascuna (vedi Figura 6). Due sono gli scenari presi in considerazione: il primo prevede l’installazione di soli lucernari ad apertura laterale ed il secondo di soli lucernari ad apertura verticale. La geometria dei lucernari e le relative dimensioni sono state ricavate dai disegni tecnici forniti da Basso Luce e Aria. Ciò ha permesso un maggior dettaglio e realismo nello studio della fluidodinamica locale in prossimità delle regioni di efflusso dell’aria (ve- Basso Luce e Aria: Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura Lucernari ad apertura di Figura 7 e Figura 8). laterale (ARCODARIA ACL)

Il confronto è stato eseguito a parità di condizioni al contorno (direzione ed intensità del vento, apertura finestre a parete) ed ai fini di un’analisi quantitativa sono stati considerati due indici termo-fluidodinamici

verticale (ALIDARIA ADR)

Fig. 7 – Campo di velocità in prossimità dei lucernari su di un piano che taglia longitudinalmente i lucernari lungo la linea di mezzaria. La mappa colore mostra l’intensità del campo mentre i vettori ne indicano la direzione. E’ possibile notare come il lucernario ad apertura verticale ha una maggiore capacità di estrarre aria ed una minore tendenza a creare ricircoli nel capannone.

18 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 le ore in cui è necessario accendere l’illuminazione artificiale. Si è inoltre dimostrato che l’installazione dei velari riduce i rischi di abbagliamento e di eccessivo irraggiamento nelle ore centrali della giornata. La scelta della “stratigrafia” di lucernario da installare dipende quindi dall’analisi combinata delle prestazioni energetiche globali e di comfort luminoso desiderate.

Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA ACL)

Lo studio termo-fluidodinamico ha mostrato come il lucernario ad apertura verticale è potenzialmente in grado di migliorare l’aerazione del capannone rispetto ad un modello di lucernario più tradizionale ad apertura laterale. Il sistema ad apertura verticale, tipico del lucernario ALIDARIA ADR, riduce gli ingombri e massimizza il numero di ricircoli d’aria per ora. In conclusione, i lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR) sono da preferirsi poiché hanno prestazioni luminose pressoché analoghe a quelle dei lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA ACL), ma migliorano l’aerazione del capannone. Le immagini di Figura 1, Figura 2, Figura 4 e Figura 5 sono state cortesemente concesse da BASSO FRANCO Srl Via Ragazzi del ‘99 n°5 - 35014 Fontaniva (PD) Tel.: +39 049.5940935 - Fax: +39 049.5942266 e-mail:

Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR) Fig. 8 – Vettori velocità in prossimità dei lucernari su di un piano che taglia trasversalmente i lucernari nella zona dei sostegni. L’efflusso d’aria del lucernario ad apertura verticale è meglio distribuito e presenta picchi di velocità inferiori.

dice. La temperatura media osservata all’interno del capannone (34.7[C]) è infatti inferiore (-10%) rispetto a quella misurata nelle medesime condizioni per lo scenario con i lucernari ad apertura laterale installati (vedi Figura 9).

*Energy Plus è un software per la simulazione termica e la diagnosi energetica in regime dinamico degli edifici distribuito da Lawrence Berkley National Laboratory. L’algoritmo di calcolo su cui si basa l’analisi illuminotecnica di questo programma è stato formalizzato per la prima volta nel 1985 dai ricercatori F. Winkelmann e S. Selkowitz. ** Il prototipo di BENIMPACT Suite è stato sviluppato nell’ambito del Progetto di Ricerca “BENIMPACT – Buildings ENviromental IMPACT evaluator & optimizer” cofinanziato dalla Provincia Autonoma di Trento utilizzando risorse del Programma Operativo FESR PARTNERS 2007-2013. Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura laterale (ARCODARIA ACL)

Da osservare infine come la condizione di vento studiata (direzione frontale al lucernario) è da considerarsi la condizione più sfavorevole per il lucernario di tipo ad apertura verticale. È presumibile che, in condizioni di vento differenti (vedi per esempio una condizione con vento diretto lateralmente al lucernario), le performance dello stesso risultino ancora più favorevoli. Conclusioni L’utilizzo di modelli matematici ha permesso di valutare le performance di illuminazione ambiente e termo-fluidodinamiche di due diversi tipi di lucernari. Dal punto di vista dell’illuminazione, le analisi eseguite hanno permesso di verificare che entrambe le tipologie di lucernari riescono a soddisfare i requisiti di illuminamento sul piano di lavoro per buona parte della giornata. Questo riduce notevolmente

Basso Luce e Aria: Lucernari ad apertura verticale (ALIDARIA ADR)

Fig. 9 – Distribuzione della tempeartura all’interno del capannone su di un piano che taglia longitudinalmente i lucernari lungo la linea di mezzaria

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EnginSoft Contributes to the Reduction in Aircraft Engine Fuel Consumption as a Partner of the FP7 European Project ERICKA key aims of the EU, which set the goal in its report “European aeronautics: a vision for 2020”, of Europe becoming the uncontested world leader in aeronautics by 2020.

The challenge The combustion processes involved in aero-engines and gas turbine for electricity production contribute to deteriorate air quality and to alter the concentration of greenhouse gases. Two factors are principally responsible for this degradation: carbon dioxide (CO2), for which aviation and energy consumptions currently account respectively for 3% and 27%, and nitrogen oxides (NOX). To ensure a clean, sustainable growth in air traffic and energy production, new gas turbine technologies need to be developed. The efficiency of a gas turbine depends directly on the performance of all its components. One of the most important is the turbine, whose efficiency has a great influence on engine fuel consumption, therefore CO2 emissions. The turbine must operate at high efficiency despite being subjected to the engine’s most aggressive heat loads (the working fluid supplied to this stage is at the cycle peak temperature). Thus, the design of turbine cooling systems is one of the most challenging processes in engine development. ERICKA (Engine Representative Internal Cooling Knowledge and Application) is a European project within the Seventh Framework Programme, partly funded by the European Commission. ERICKA intends to face the challenge of reducing CO2 and NOX emissions by improving engine efficiency through innovative turbine cooling technologies. The Consortium The project, coordinated by Rolls-Royce, involves 18 partners (beneficiaries): • 7 gas turbine manufacturers (Rolls-Royce plc, Alstom, Avio, ITP, MTU, Rolls-Royce Deutschland, Snecma) • 5 SMEs (CENAERO, Cambridge Flow Solution, EnginSoft, NUMECA, ARTTIC) • 5 universities (University of Florence, Universidad Politécnica de Madrid, University of Oxford, Universität Stuttgart, Polish Academy of Science) • 1 research organisation (ONERA) Nearly all of the leading European Aircraft engine manufacturers are partners in ERICKA: this satisfies one of the

The concept New turbine blade cooling technologies will be studied within ERICKA. The work is a combination of experimental activities, which include tests both in stationary and rotating facilities (like the Rotating Heat Transfer Rig by Rolls-Royce, shown in Figure 1), and computational activities, performed using CFD analysis and by design optimization (see Figure 2). New designs will be developed using expertise of the engine manufacturers, understanding of flow physics derived from both the experiments and the CFD predictions, together with the results of optimization campaigns. The objectives Today's environmental issues and economic conditions constantly push aero-engine manufacturers to improve the efficiency of their engines in order to reduce fuel consumptions. With these premises ERICKA targets the reduction of greenhouse gas emissions from aircraft engines and power generation plants: the main objective is to cut CO2 emissions by 1% compared to year 2000 reference engines. For turbomachinery, reducing CO2 relates directly to improving component’s efficiency. This enhancement could be achieved by combining a more efficient cooling system, which requires a reduced amount of cooling air, and raising the gas turbine entry temperature. Unfortunately, NOX emissions also increase with the inlet gas temperature, leading to a conflict between the environmental targets. This further problem could be overcome by re-distributing the cooling air saved in the turbine to the combustor, where it can be used to lower peak flame temperatures, thus allowing a reduction in NOX emissions. Such improvement of the turbine efficiency aims to a 1% reduction in specific fuel consumption. For a large turbofan engine, this translates into a saving of 450 litres of fuel per hour. The project aims to improve engine efficiency by setting the following operational objectives: 1. Creation of a database of detailed heat transfer coefficient (HTC) data from a broad range of stationary internal blade cooling geometries. 2. Acquisition of engine representative rotating HTC data for the validation of the cooling system design methods of the aero-engine manufacturers.

20 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 3. Development of the CFD strategies to predict complex internal flows. 4. Development of optimizing procedures for internal cooling based on the measurements made in (2). 5. Experimental evaluation of optimized results. 6. Development of cooling system design methods suitable for future low emission and green fuel combustors. 7. Implementation of the improved cooling systems in future aero-engines, dissemination in the supply chain and communication to the aerospace sector through technical publications. Another important objective is related to time and cost savings. The improved modelling and computer methods that come out of ERICKA are targeted at reducing the time to design the turbines by 20%. This will reduce engine cost significantly and create a competitive supply chain able to halve time to market. The role of EnginSoft ERICKA offers EnginSoft an important opportunity to bring its contribute to make significant advancements in the cooling technology used in the design of future aero-engines. Thanks to its wide expertise on CFD and optimization, EnginSoft will work closely with Avio (industrial partner) in the development and optimization of the leading-edge impingement concept design for internal cooling. ERICKA project is split into five technical work-packages. Each of them is focused to a particular critical aspect of internal flow and heat transfer in blades for both high pressure (HP)

Figure 1: the Rotating Heat Transfer Rig (RHR) is one of the few facilities in the world that is able to accurately simulate High Pressure turbine cooling passage conditions by simultaneously matching engine Reynolds number, buoyancy number and rotation number.

challenges, like the development of parametric techniques to allow the exploration of different designs of turbine blade internal cooling components, as well as the automation of the simulation loop. A typical CFD optimization procedure involves the linking of geometric design, meshing tool, CFD solver run and postprocessing. All these simulation processes need to be handled in parametric and full automated way; for this reason they are well suited to be integrated in an ANSYS Workbench workflow, which offers a comprehensive view of the entire analysis project, a simple way to pass files and data from one application to the other, and a powerful tool to manage the parameter set. In turn, the resulting ANSYS Workbench project will be integrated into a workflow under the control of ESTECO modeFRONTIER™. A careful choice of input ranges, output quantities, objectives and constraints, together with multiobjective search algorithms will allow a quick and complete exploration of the parameters’ space. The role of the optimization algorithms is to identify the solutions which constitute the best available design lying on the Pareto Frontier curve, whose points represent solutions having the characteristic that none of the objectives can be improved without prejudicing another. Objectives will be related to wall heat transfer (specific per unit area, specific per unit mass flow rate, uniformity, etc.). • WP5: CFD calculations This task represents the nexus of the experimental and computational activities performed in the other technical work-packages. For each experimental WP, the industrial partners involved will perform a validation campaign of the available CFD solvers. The objective is to find a numerical methodology able to well fit the experimental results, principally acting on turbulence modelling and meshing strategies. Another important result expected in this task is the estimation of the errors to be taken into account in the optimization process.

Figure 2: EnginSoft will deal with the leadingedge impingement concept design developed by Avio. The results of the CFD analysis will be combined with experimental ones to better understand the complex internal flows.

turbine and low pressure (LP) turbine applications. The partners will collaborate to perform each task within and across the work-packages, as internal cooling geometries design, prototyping, manufacturing, testing, CFD modelling, and optimization. In particular, EnginSoft is involved in 2 work-packages (WP): • WP1: Optimization of turbine cooling system components. The optimization task includes several significant

It is interesting to notice that all of the engine companies will be involved in CFD tasks. Their work will be integrated by studies performed by specialists in fluid flow and heat transfer simulation to improve their computer modelling strategies. In this way, ERICKA will ensure that the analysis and optimization procedures developed by SMEs, like EnginSoft, will be used by the gas turbine community to enhance Europe’s future aeroengines.

Acknowledgments The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/20072013) under grant agreement n° 233799 (ERICKA). For further details, please visit ERICKA’s website:

Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -


EASIT2: a Competence Framework for the Analysis and Simulation Industry The EASIT2 project is a Leonardo da Vinci European Union co-funded project, part of the European Vocational Training Action Programme. Leonardo da Vinci projects are aimed at designing, testing, evaluating and disseminating The EASIT2 project logo innovative vocational training and lifelong learning practices, and at promoting innovation in training as well as methodologies, contents, products. EASIT2 is coordinated by the department of Mechanical Engineering of the University of Strathclyde (Glasgow, UK), and is partnered by EnginSoft, NAFEMS, EoN, EADS, Renault, GEOFEM, Nokia, Nevesbu, TetraPak, AMEC, Selex Galileo. Project objectives and background The main aim of the EASIT2 project is the development of a unique and versatile Competence Framework, focused on the use of engineering analysis and simulation tools across all sectors of industry, that will enable companies and motivated individuals to verify, track, develop and attest competencies in the field.

The structure of the EASIT2 project

The EASIT2 builds on the excellent results of the now completed CCOPPS project which crafted an innovative educational base for the pressure systems industry sector. The CCOPPS Educational Base, consisting of competence statements across 16 analysis and simulation areas, is freely available at EASIT2 ambitious objectives include the creation of a “generic” educational base, a competence framework, and a new competence-based NAFEMS registered analyst scheme (a certificate of competence). EASIT2 analysis and simulation educational base As previously mentioned, the EASIT2 project is structured into three main layers. At the foundation of the project there is the EASIT2 educational base. It is a database of competence statements covering most of the whole spectrum of analysis and simulation competencies. Competence statements can be used for example for educational purposes, and each of them is matched with a set of references to suggested educational resources (books, articles, etc.). The educational base is generic, meaning that the competence statements describe general analysis and simulation competencies not directly related to specific CAE software applications or industries. It is expected that EASIT2 will produce more than one thousand competence statements, subdivided into 20+ modules or topics, such as Introduction to Finite Element Analysis for Structures, Mechanics Elasticity and Strength of Materials, Materials Modelling Characterization and Selection, Fatigue and Fracture, Nonlinear Geometric Effects, etc.

22 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3

EASIT2 project partners

EASIT2 competence framework Around the educational base, the EASIT2 competence framework will be built. The competence framework will be integrated with the educational base and will enable individuals or company staff to record their competencies into a relational database. A flexible web based and intranet system is envisioned, capable of being tailored for individuals, SMEs and large organisations as well. For the individual user, the EASIT2 competence framework will help tracking learning progresses and guiding further learning. For organisations, it will provide an open and

EASIT2 project background

highly customisable system capable of interfacing to existing staff development systems. The new competence-based registered analyst scheme The project will develop a new competence-based registered analyst scheme, derived from the points-based scheme currently offered by NAFEMS. The new scheme will retain much of the sound set-up of the present NAFEMS scheme, such as the requirements of workplace experience, product and industry sector knowledge, etcetera, but will also make use of the competence statements included in the EASIT2 educational base. Conclusions The topic of the certification of competencies is a key issue of the European debate over the relationship between the rapid change of the

technical knowledge and the development of the job market. Over the last years the European Commission introduced a number of tools, such as the Europass and the certificate supplement, aimed at improving the transparency and transfer of competencies and qualifications as part of the Bologna process. The EASIT2 project will contribute a new set of tools, specifically designed for the analysis and simulation industry, that fit ideally into this paradigm shift from a curriculum based qualification attestation, to a more sound and trasparent competence based certification. EnginSoft values the EASIT2 project as strategic, and therefore joined the project as a core partner together with the University of Strathclyde (the project coordinator), NAFEMS, GEOFEM, Nevesbu and AMEC, to contribute more closely to the project steering. EnginSoft has an active role in the development of the competence based tools, and specifically is in charge of the development of the competence framework and is leading the competence based registered analyst scheme workpackage. For more information on the project please visit the website at the address: To contact the Author: Giovanni Borzi - EnginSoft Project Manager, PMPÂŽ

Provisional list of the EASIT2 Educational Base modules






Beats the â&#x20AC;&#x153;more cores mean more VMs, and a more scalable businessâ&#x20AC;?

benchmark. More cores.      need to scale up, scale down, or shift workloads around. And all at a lower cost per VM.1 Thatâ&#x20AC;&#x2122;s what makes the AMD OpteronTM 6000 Series platform ideal for virtualized environments. With up to 100% more cores2 per server, now you can run one VM per 


More cores. More scalability. Lower cost per VM.1 Some of the many core advantages of AMD Opteron processors. 1

Based on 2P AMD Opteron-based Dell PowerEdge R715 (24 cores) @$16,546 and 2P Intel-based Dell PowerEdge R710 (12 cores) @$16,451. Both include 32GB memory, 2 146GB hard drives, RAID 0, standard warranty. R715 includes VMware vSphere Enterprise Plus 4.1 2-CPU license, R710 price includes VMware vSphere Enterprise 4.1 2-CPU license. Utilizing 1 VM per core AMD =$689/VM ($16,546/24), Intel =$1,370 ($16,451/12)


Comparison of 12-core AMD Opteron 6100 Series processor versus 6-core Intel Xeon 5600 series and 8-core Intel Xeon 7500 series processors Š 2011 Advanced Micro Devices, Inc. All rights reserved. AMD, the AMD Arrow logo, AMD Opteron, AMD Virtualization, AMD-V and combinations thereof are trademarks of Advanced Micro Devices, Inc. Other names are for informational purposes only and may be trademarks of their respective owners.

Conference Welcome by EnginSoft CEO Welcome to the 27th annual CAE Technologies for Industry Conference. In a single generation we have collectively changed the world of engineering design. We have watched the initial limited-scope industrial virtual simulations evolve into the current advanced synergetic technologies, whose combined force is causing a true revolution in modern engineering practices and in related scientific fields. Today Engineering Simulation is radically changing the way products are designed and produced. The challenge we now face is to transform existing commodity products employed in the design process, into effective production tools tailored to the needs of each individual organization.

To do this we must ensure that our simulation processes are complete, starting from the initial design right through the entire production supply chain; we must ensure that they are reliable and robust. We must focus on ways to detect defects before they become problems, to create models that produce consistent results, to make sure that our optimization models are robust and to never lose focus of the big picture in which we operate. At EnginSoft we make our best efforts to do all of this; we listen to the needs of our customers in the diverse industrial sectors that we operate in, so that we can tailor virtual models to their specific product and industry, employing the best combination of available technologies in a consistent,

effective and efficient manner. This conference is intended to provide a forum for debate on the expectation for reliable and robust models, stimulated by the needs of industry and rendered unique by the contributions of all of you here today, whether you are virtual simulation engineers, members of the scientific community working on new theories and methods or commercial software publishers. We hope you will find this to be a thought-provoking environment: if you are a technology user, this is the place to learn all about the latest software features that apply to your specific industrial sector; if you are a manager this is the place to explore topics such as cost-benefit analysis, work organization, acquisition of knowhow and protection of your investments; if you are a software publisher, this is your opportunity to better understand the industry-specific needs so that you can focus your future developments to meet them; and finally if you are involved in synergetic roles such as test labs, quality assurance or business intelligence, now is the time to explore how engineering simulation can assist you. I am confident that this year’s exciting line-up of remarkable speakers and technical workshops will foster a stimulating discussion amongst all of you. It is this very vivacious discussion that keeps us all creating new technologies and improving on existing ones. I would be remiss not to thank all our conference sponsors, our Gold sponsors AMD, Hewlett Packard and Nvidia, the Silver sponsor Microsoft and our many exhibitors, who have helped make this conference so successful. Thank you all for your continued support year after year. Please do take the time to visit all of our sponsors’ exhibits. Last but not least EnginSoft and ANSYS Italia are delighted to invite you all to attend this year’s gala dinner at the Museo Nicolis – a perfect place to appreciate how the automotive industry has progressed in such a short time span, ponder on the wonders of engineering simulation, and enjoy great Italian food in the company of a very unique and talented group of people. I thank you for the trust you continue to place in the EnginSoft team and wish you all a productive time here. Stefano Odorizzi CEO EnginSoft


Complessità, accuratezza e concretezza nelle presentazioni meccano-elettromagnetiche La conferenza EnginSoft è storicamente un appuntamento importante per avere una specifica informazione sulle reali applicazioni ingegneristiche della simulazione nel mondo dell’industria e sulla evoluzione numerico-informatica delle stesse tecnologie prospettata dalle aziende del settore (ANSYS, MAGMA ed altri presenti alla conferenza). Il clima della conferenza vuole infatti creare una particolare situazione positiva di scambio tecnico-culturale per dar modo ad ogni partecipante all’evento di declinare le proprie esigenze tecniche e aspettative con il ‘mercato’ attuale dello stato dell’arte del CAE scientifico. Nel contesto appena descritto è di evidenza il ruolo centrale delle presentazioni tecniche, e, personalmente seguo e leggo con sempre vivace interesse l’invio degli abstracts; la ricchezza dei contenuti è caratteristica di sempre, ma particolare significato assume tale connotato nel 2011, al di là di ogni litania pessimistica del mondo economico; in sostanza la sfida tecnica e l’entusiasmo dei singoli autori è a segno contrario delle palpitazioni negati-

ve della borsa e del cosiddetto mondo economico - finanziario. In altri termini nella lettura dei singoli “abstract” si intravede la risposta vera del mondo scientifico alla sfida dell’innovazione, intrecciandosi tematiche nuove a problemi tecnici antichi, ricondotti a visioni di sintesi ma, contemporaneamente, di cura del particolare. Al fine di dare concretezza a quanto scritto, propongo, in breve sintesi, una rivisitazione delle presentazioni, cercando di coglierne le singole opportunità innovative e ringraziando da subito i singoli autori per il tempo dedicato a condividere le propria esperienze con l’ ‘affamato’ mondo scientifico. Il programma delle presentazioni, di fatto, propone due lavori di sintesi: l’ing. Chiti della Ansaldo Breda affronta la complessità del tema del fuoco, ponendo in essere lo studio di diversi scenari caratteristici del settore veicoli metropolitane e quindi individuando un approccio metodologico e predittivo a valle di confronti sperimentali e di esperienze tecniche storiche: nella stessa logica della sintesi del problema, si muovono le osserva-

High Productivity Computing

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• Enhanced Productivity

• Seamless Integration

• Scalable Performance

• Productive and Cost-Effective

• Foundation for High Performance SOA • Easy to deploy and manage

zioni della fatica proposta dall’ing. Testi della Piaggio; infatti si ritiene fortemente innovativa la strategia aziendale di affrontare una campagna prove facendola precedere da simulazioni numeriche realizzate positivamente in ambiente ANSYS Wb. Rimanendo in ambito automobilistico sono estremamente interessanti le conclusioni proposte dal team della Pierburg (ingg. Squarcini, Maccherini e Pellegrini) sul tema della fatica applicato alla scatola di una pompa a vuoto automobilistica; essi focalizzano l’attività sull’affidabilità del software in relazione alle comparazioni sperimentali; in egual misura e sempre in ambito automobilistico sono diretti gli sforzi dell’ing. Margini e dell’ing. Francia della Lombardini al fine di trovare una metodologia efficiente in termini di tempistiche e accuratezza dei risultati sul tema delle filettature; in campo automotive sono da segnalarsi per difficoltà di analisi sia le considerazioni sui comportamenti strutturali non lineari delle guarnizioni proposti dagli ingg. Modeo e Di Meo della Magneti Marelli, sia la verifica della correttezza del modello tramite prove sperimentali proposta da Pierburg. Altro tema Automotive in campo termo-elettrico-strutturale è stato oggetto di studio degli ingg. Gonzales, Fasani e Mangini della MTA al fine di sviluppare un modello ANSYS Wb capace di predire il comportamento termoelettrico di un fusibile. Le nuove frontiere tecnologiche del FEM, cioè le applicazioni in ambito elettromagnetico attraverso l’uso dei programmi della famiglia Ansoft (recente acquisto di ANSYS), sono in effetti state oggetto di studi proposti sia dalla CADFEM relativamente alla metodologia di approccio descritta nel lavoro su un pacco batteria ed elettronica di potenza per veicoli ibridi elettrici (HEVs) e veicoli elettrici (EV); esso descrive nel dettaglio la procedura di analisi attraverso diversi passi comprensivi dell’uso in sequenza di ANSYS Wb, Mor e Simplorer; in ambito navale l’ing. Bolognesi sintetizza invece alcune conclusioni relative all’uso di Maxwell per simulare la trasmissione dati in ambiente marino a bassa frequenza. L’efficienza energetica dei motori elettrici nel dimensionamento dei motoriduttori per la definizione degli stessi a parametri di classe IE3 è stata la fatica dell’ing. Civolani della Rossi Motoriduttori e dell’ing. D’Alessandro della EnginSoft : infatti sfruttando le capacità sia di Maxwell che di RM-Expert hanno qualificato il motore nella versione attuale comparando i risultati sperimentali della versione attuale con i calcoli del software ed hanno preparato l’implementazione dello stesso sfruttando le conclusione relative a modifiche operate in forma virtuale. Nell’ambito di sviluppi di dettaglio nelle applicazioni ANSYS si distinguono ben tre papers; in ordine alfabetico si evidenzia il lavoro di Ansaldo Energia che propone l’ing. Barberis: esso mostra le capacità di un nuovo tool (ZANSYS) per descrivere con maggior facilità le leggi termo-strutturale per materiali anisotropi legati alle applicazione delle turbine a gas; Key to Metals mostra lo sviluppo di un Database di curve stress-strain ad applicazione ANSYS per diversi materiali (più di 10.000) ed infine l’ing. Borrelli dell’ente Italiano di Ricerche Aerospaziale (Cira) in collaborazione con l’Università degli Studi di Napoli mostrano la

fruibilità di ANSYS relativamente all’applicazione in ambito compositi sul problema della delaminazione ovvero la rottura interlaminare tipica delle strutture in composito. Il tema della correttezza della modellazione nelle analisi dinamiche e della necessità di tener conto delle non linearità del comportamento delle strutture è il tema centrale delle applicazioni degli ingg. Bachschmid, Pesatori e Bistolfi della Franco Tosi Meccanica che rivisita gli aspetti della definizione delle caratteristiche di attrito, dei contatti nelle declinazioni FEM per la corretta determinazione delle frequenze proprie in ambito turbomacchine; De Mercato della Trasfor propone nella sua presentazione l’uso di nCode-Infinite nelle considerazioni di fatica mostrando una nuova potenzialità di ANSYS attraverso l’integrazione di n-Code in ambiente Wb. Altri attori si succederanno a presentare attività in ambito meccanico relative a temi interessanti quali i 5 modelli di ‘spot welds’ in ambiente ANSYS del lavoro dell’Università di Malta, così come di interesse sono sia le nuove frontiere di applicazione nella simulazione crash (ing. Gohner della Dynamore), le applicazioni fluido-struttura in campo nucleare dell’ing. Valtorta e Lemcke della Imi Nuclear. Le tematiche del neutrino saranno presenti anche alla conferenza e difatto le presentazioni dell’ing. Raffaelli del Infn di Pisa e dell’ing. Rottoli della Brembana in team con gli ingegneri Peselli e Calsolaro della EnginSoft e con il contributo importante del dott. Sergiampietri del Cern affrontano le problematiche del criostato, il primo costringendo la progettazione all’uso di Ansys trovandosi impossibilitato all’uso delle formule per lo specifico caso dei recipienti in pressioni, i secondi dovendo affrontare il dimensionamento di un criostato dalle non usuali dimensione di 40mX20mX20m. La novità tecnologica e la contestuale diversità degli argomenti della conferenza sono sintetizzate nelle riflessioni tecniche della presentazione dell’ing. Monti della Saipem in collaborazione con l’ing. Calsolaro della EnginSoft e il prezioso contributo teorico-numerico del prof. Camarri della Università di Pisa: infatti il team ha analizzato sia dal punto di vista teorico che da quello numerico le nuove capacità del codice Aqwa a soddisfare tecnicamente le esigenze progettuali del dipartimento Offshore dalla Saipem diretto dall’ing Monti. La struttura della giornata tecnica, volta a mostrare le diverse applicazioni del software nelle singole peculiarità in campo elettromeccanico, raggiunge pienamente nelle intenzioni l’obiettivo; vorrei infine ringraziare per la preparazione e l’organizzazione dell’evento sotto il profilo squisitamente tecnico il team della EnginSoft nelle persone dell’ingg. Peselli, Meante, Perillo, Tomasi e D’Alessandro sia per la puntualità tecnica che per la capacità di vivacizzare e dinamicizzare il rapporto tecnico con gli utenti e con i nostri fornitori; ritengo infine doveroso ringraziare il gruppo dell’Italian ANSYS Advisory per il contributo tecnico-critico fornito sia al fornitore software che alla platea degli utenti e il gruppo Marketing della EnginSoft la dott. Cunico per gli aspetti organizzativi affatto semplici da coordinare. Roberto Gonella, EnginSoft


CFD in un mondo multifisico e multisistema Gli Users’ Meeting organizzati da EnginSoft relativamente alla CFD hanno una storia ormai più che decennale, e sono occasione di incontro e “divertimento” per gli utenti della comunità CFD. Uno dei primi Users’ Meeting si tenne a Caprino Veronese nel 2000 con uno meeting verticale, per la sola CFD, in un contesto familiare e “piovoso” con corsi sullo stato dell’arte per la turbolenza e la combustione. Ora si torna nella provincia di Verona a distanza di 11 anni con un contesto molto più allargato grazie all’espansione di EnginSoft, alla crescita del settore della CFD ed anche all’incorporazione da parte di ANSYS di ICEM, CFX e Fluent. Conseguentemente il numero di utenti è molto più vasto e copre gran parte del panorama industriale, scientifico ed accademico Italiano ed internazionale. Ne sono la prova le presentazioni di queste sessioni che vanno da applicazioni su stazioni spaziali ed impianti nucleari, a condotti di ventilazione e sistemi di raffreddamento. Si auspica una situazione meno piovosa quest’anno nella provincia di Verona. La CFD nel frattempo è cresciuta grazie ai propri utenti e gli utenti sono cresciuti insieme alla CFD. Lo sviluppo dei modelli fisici, le potenzialità di meshatura con modellazione parametrica, la potenza dell’HW e la parallelizzazione dei solutori permettono oggigiorno lo sviluppo e la soluzione di applicazioni di alto livello con diversi gradi di complessità del modello e precisione dei risultati. La CFD non è più stand alone, ma permette applicazioni FSI con interazione con il FEM e l’elettromagnetismo che sono particolarmente userfriendly nell’ambiente WorkBench di ANSYS. Inoltre la CFD è multisistema con interfacce verso software di terze parti come Chemkin per la soluzione di chimiche e reazioni complesse, e Flowmaster per la soluzione del sistema fluidodinamico, giusto per citare alcuni scenari di applicazioni. Gli abstract rispecchiano appunto questa evoluzione con paper relativamente ad applicazioni progettuali in campo industriale, ottimizzazione del prodotto, con un alto grado di dettaglio ed innovativo. La breve sintesi cita i contenuti dei paper, ringraziando i vari autori per lo sforzo, il contributo e la condivisione del proprio know-how.

Nel settore Aerospace troviamo il lavoro dell’ing. Vitale di Avio che è presente nel settore di alta tecnologia dei motori aeronautici dove la concorrenza è di livello mondiale e dove gli obiettivi ACARE 2020 impongono target sulle emissioni per motori sempre più verdi in cui le simulazioni, in questo caso con ANSYS – CFX, sono assolutamente necessarie per la predizione delle emissioni e loro riduzione. Ing. Nobili di EnginSoft invece presenterà applicazioni squisitamente spaziali e di nicchia per la termoventilazione di serre botaniche per stazioni spaziali e missioni planetarie, a testimoniare una delle presenze di EnginSoft nel settore dei progetti di ricerca a respiro internazionale. Lo stato dell’arte della simulazione permette ora di affrontare mediante procedure parametriche il design di alcuni componenti e le presentazioni dell’ing. Mann di ANSYS per l’aumento delle caratteristiche di portanza di un UAV, insieme a quella del Consorzio SIRE & Piaggio Aero relativamente al design del condotto di scarico del P180 testimoniano questo approccio progettuale con la CFD. Nel settore dell’energia ed applicazioni affini troviamo ing. Barbato di Nuovo Pignone che presenta una applicazione HVAC per sistemi di ventilazione per ambienti di turbine a gas con un approccio multisistema, mediante un utilizzo combinato e di Flowmaster per il monodimensionale e Fluent per il tridimensionale. Nel settore delle Turbine troviamo anche la presentazione dell’ing. Pinelli relativamente alla camera di combustione di una microturbina da 50KWel, dell’ing. Alba di Zeco relativamente questa volta ad una turbina idraulica Francis, con interessanti considerazioni sulle dinamiche di interazione tra la macchina ed il canale di scarico; per finire la panoramica sulle turbine viene completata dall’ ing. Raciti dell’Università di Padova che presenterà un lavoro su turbine eoliche ad asse verticale. Un altro settore energetico di particolare interesse è il Nucleare, con un interventi di attualità relativi alla sicurezza di parti dell’impianto a seguito di scosse sismiche. Ci sarà la simulazione dello sloshing con calcolo dei carichi indotta sulla struttura e portata di massa di raffreddamento persa sulla base di eccitazioni sismiche del grado di Fukushima, presentato dall’ing. Alemberti di Ansaldo Nucleare (forse il primo utente CFX in Italia più di vent’anni

fa), mentre l’ing. Valtorta di CADFEM Swisse presenterà un argomento simile con approccio FSI per la ricerca della metodologia di calcolo più accurata relativamente alla predizione del moto della struttura che alloggia le barre di combustibile nucleare. Nel settore della combustione e chimica troviamo le presentazioni di CSM-Tenova per sistemi di combustione rigenerativi con validazioni dei dati sperimentali di IFRF, di SUPSI per la modellazione di reattori per l’ossidazione catalitica del metano, e dell’Università di Bologna per l’ottimizzazione del design di moduli a membrana per la separazione di idrogeno in un processo di reforming. Queste ultime presentazioni richiedono alla CFD una certa complessità di modellistica fisica oltre che una notevole accuratezza numerica per la validazione dei risultati. Nel settore dei trasporti su terra Magneti Marelli che è tra i principali utilizzatori della suite ANSYS (FEM –CFD-EM) presenterà con l’ing. Di Paola esperienze su collettori di aspirazione per motori turbocompressi mentre ing. Lo Rito condividerà le proprie esperienze relativamente all’ottimizzazione fluidodinamica di un inverter. Per rimanere nel tema delle trasmissioni l’ing. Concli del Politecnico di Milano mostrerà l’applicazione multifase per moti d’olio nelle scatole cambio. Nel campo dell’HVAC troviamo invece l’ing. Mattiello di Centro Ricerche FIAT che presenterà l’analisi di risk management per scenari di perdita di

fluidi refrigeranti altamente infiammabili. Interessante invece il lavoro di Ansaldo Breda presentato dall’ing. Grazzini relativamente questa volta ad analisi di comfort termico per carrozze ferroviarie, dove la dimensione e volumetria del dominio richiedono diverse simulazioni CFD prima di trovare uno soluzione progettuale che rispetti le normative, prima di passare a costose prove si prototipi fisici di ovvie grandi dimensioni. Infine l’ing. Carappellucci di Piaggio mostrerà un’applicazione di raffreddamento motore, mentre l’Università di Tor Vergata con l’ing. Evangelos mostrerà delle interessati metodologie di mesh morphing con applicazione FSI su vettura di Formula 1. Nel settore MCC troviamo Tetrapak che nelle persone dell’ing Borsari ed Apparuti sta caratterizzando, sviluppando ed ottimizzando diversi sistemi relativamente alle proprie macchine per impacchettamento, dal sistema di riempimento, alla camera asettica, al sistema di controllo del circuito 1D portando presentazioni; nella presentazione di questo UGM un approccio FSI al sistema di riempimento verrà presentato. Ing. Mazzucchelli di Tecniplast mostrerà invece uno studio di ottimizzazione per tende anticontaminanti per sistemi di ventilazione di gabbie per animali. Nel settore High Performance Computing CINECA illustrerà il porting parallelo su sistemi PLX-GPU. Lorenzo Bucchieri, EnginSoft


Aspetti salienti e spunti delle relazioni relative all’ottimizzazione Il programma delle presentazioni per ciò che afferisce alle attività di integrazione del processo progettuale, ottimizzazione ed analisi dati, presenta anche quest’anno una varietà di applicazioni non indifferente, ma con un denominatore comune ormai legato indissolubilmente ed indiscutibilmente all’impatto ambientale. Quindi se da una parte si ricerca al solito la massimizzazione delle prestazioni, dall’altra l’efficienza ed il basso impatto ambientale sono divenuti ormai due obiettivi sempre presenti nei problemi affrontati dai nostri utenti. Ne è in tal senso un esempio la presentazione dell’ing. Costa dell’Università di Bologna che in collaborazione con l’ing. Pompucci di Ferrari SpA affronta l’ottimizzazione del convertitore catalitico di un sistema di scarico che seppur di un veicolo ad elevate prestazione deve garantire comunque il rispetto delle normative in termini di emissioni. Sempre nel settore automotive e sempre in ambito di ottimizzazione fluidodinamica troviamo il lavoro svolto dall’ing. Agresta di Continental che, unendo all’utilizzo di tecniche DoE e degli algoritmi di ottimizzazione anche le potenzialità offerte da strumenti avanzati quali le Superfici di Risposta (RSM), riesce a velocizzare in modo sostanziale i tempi di calcolo dedicati all’ottimizzazione di un iniettore multistream, avendo così la possibilità di dare risposte in tempi rapidi alle richieste di mercato nel rispetto delle normative sempre più stringenti sulle emissioni. Tali risultati sono stati poi anche avallati sperimentalmente. Sempre nel settore automobilistico, passando però dalle supercar ai veicoli commerciali, trova spazio la presentazione dell’ing. Bianco di IVECO che ha sviluppato dei modelli predittivi per la simulazione multibody di comfort e resistenza a fatica con specifica attenzione alla taratura numerico-sperimentale del modello di pneumatico che gioca in quel contesto un ruolo essenziale. Nell’ottica ”verde” e quindi nel settore dell’energie rinnovabili ricade la presentazione dell’ing. Ridolfi di RFI relativa all’ottimizzazione del rendimento di una cella fotovoltaica in relazione al suo posizionamento e tenendo conto

statisticamente dell’esposizione solare, correlata al luogo di installazione. Rimanendo nel settore energetico il team M3E (Dott. Lovison, ingg. Janna e Teatini) ha riportato la propria esperienza relativa ad una applicazione delle tecniche RSM atta alla caratterizzazione e creazione di un modello predittivo di stoccaggio di gas nel sottosuolo che consenta la valutazione dell’impatto ambientale che questo può avere. Il settore delle energie rinnovabili vede inoltre la presentazione dell’ing. De Risi dell’Università del Salento che descrive l’innovativa applicazione di nanofluidi a struttura gassosa come fluido vettore in impianti solari termici di tipo PTC (Parabolic Trough Collector). Le configurazioni di ottimo dell’impianto sono state investigate utilizzando una strategia di ottimizzazione basata sugli algoritmi genetici. Un’applicazione riconducibile sempre allo sviluppo di processi industriali eco-sostenibili e, nel caso specifico, ad un diretto miglioramento della qualità di vita della popolazione, è l’attività presentata dall’ing. Cavaliere dell’Università del Salento, nella quale il processo di sinterizzazione che interviene nella prima fase della produzione dell’acciaio è stato studiato (per mezzo di tecniche RSM) rispetto ai parametri di processo chimico-fisici da cui dipende, allo scopo di ridurre la formazione di diossine (PCDD/F) nei limiti imposti dagli standard europei. Nell’ambito di processo, e nello specifico dei trattamenti di carbocementazione e nitrurazione, l’ing. Cavaliere presenta una procedura sviluppata con EnginSoft nell’ambito del progetto STAR-EXD (Simulation Technology Aeronautic Research – EXperimental Data), in grado di correlare per mezzo di tecniche RSM i parametri di processo (T, tempo di trattamento, …) e la composizione chimica degli acciai rispetto alle proprietà meccaniche dei trattamenti effettuati (profilo di durezza, …). Il progetto STAR-EXD è un “Intervento cofinanziato dall'U.E. – F.E.S.R. sul P.O. Regione Puglia 2007-2013, Asse I-Linea 1.1 - Azione1.1.2. Aiuti agli Investimenti in Ricerca per le PMI”. Altra collocazione trova invece la presentazione dell’ing. Raiti di AnsaldoBreda con il quale è stata sviluppata una metodologia di ottimizzazione, accoppiando

modeFRONTIER ad ANSYS, nell’ambito del processo di progettazione di nuovi treni ad alta velocità. In questo caso è stato possibile affrontare la tematica dell’ottimizzazione in peso di un intero vagone, concettualmente innovativo, rispetto ai circa 30 casi di carico strutturale operativi (statici, dinamici, a fatica e ad instabilità). Una interessante presentazione, applicata ad una tematica dove le tecnologie FEM stanno prendendo sempre maggiore campo cioè quella elettromagnetica, è stata fatta dall’ing. Nicolich di ESTECO, mettendo anche in luce l’utilità di alcune novità inserite nell’ultima versione del software, modeFRONTIER 4.4.0, quali l'utilizzo di tecniche ibride di ottimizzazione nonché dei nuovi algoritmi cosiddetti FAST, i quali sempre in automatico uniscono alle potenzialità dell'algoritmo di ottimizzazione quelle di sintesi delle Superfici di Risposta (RSM). Uscendo dai settori dei trasporti e dell’energia, troviamo la presentazione degli ingg. Apparuti e Torelli di Tetra Pak che hanno sviluppato in modeFRONTIER una metodologia che prevede la realizzazione di analisi DoE di modelli fluidodinamici 3D, sviluppati per riprodurre il funzionamento di un particolare componente, sulla base delle quali vengono poi costruite delle RSM. Tali modelli atti a caratterizzare al meglio le criticità del componente sono successivamente integrati all’interno di modelli fluidodinamici

, Take a break

1D a parametri concentrati, per la risoluzione del circuito globale. L’ing. Lettini di Casappa presenta invece i risultati raggiunti nello sviluppo di una soluzione ad hoc a partire da una pompa standard che si debba adattare ad una particolare condizione. L’utilizzo di modeFRONTIER ha permesso a Casappa di districarsi su un problema multi-obiettivo, ricco di vincoli e di non facile soluzione. A valle del riscontro sperimentale finale la nuova soluzione è stata poi presentata al cliente, che ha deciso di adottarla. Lo studio e l’applicazione di materiali innovativi vede la presentazione di due attività in cui modeFRONTIER è stato utilizzato per calibrare e validare, rispetto a dati sperimentali, le equazioni costitutive che stanno alla base di opportuni modelli di materiali. L’attività presentata dall’ing. Borrelli del CIRA (Italian Aerospace Research Centre) vede l’integrazione di LS-DYNA con modeFRONTIER allo scopo di prevedere le situazioni di danno su piastre in composito (CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer) in seguito ad eventi di impatto a bassa velocità. La presentazione dell’ing. Bonora dell’Università di Cassino è relativa invece all’identificazione dei parametri del modello di materiale di Johnson-Holmquist (JH-2, usato solitamente per descrivere il comportamento meccanico ad elevati strain rate di materiali ceramici) per provini in silice fusa. Francesco Franchini, EnginSoft

let work for y

ou modeFRONTIER is a multidisciplinary and multi-objective optimization platform designed for process automation, software integration and data analysis. It often happens that opposite needs occur during the design process: a multi-objective dilemma. modeFRONTIER optimization algorithms identifies the best compromises. In other words all the best possible solutions.

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20‑21 October 2011

AMD ‑ Combining Performance and Efficiency for HPC with Multicore and Heterogeneous Computing (B. Stefanizzi, R. Dognini)


Engineering Simulation and Scientific Software (ESSS) ‑ Development of Custom Turnkey Solutions For Subsurface Application un Oil&Gas (C. Maliska)


15.50 Nvidia ‑ Accelerate ANSYS Simulations on NVIDIA GPUs (E. Orlotti)

12.35 HP ‑ The new frontiers of HPC: the GPU Computing according to HP (P. Ladik)


11.55 CINECA ‑ The perspective and role of CINECA in HPC targeted to Industry (E. Ferrari)

11.35 ENI ‑ Numericam Modelling in Hydrocarbon exploitation (P. Ruffo)

11.15 M3E ‑ Advanced numerical methods for environmental modelling (G. Gambolati)


ANSALDO ‑ Ansaldo Energia and EnginSoft, an efficient global CAE partnership (S. Santucci)

20th October


10.00 SNECMA ‑ Time compression with ANSYS Workbench (I. Vermeersch)

9.20 ANSYS ‑ Engineering the System with ANSYS (S. Subbiah)

9.00 EnginSoft, ANSYS ‑ Welcome Address (S. Odorizzi, C. Gomarasca)

(Auditorium Verdi)



First Day

AVIO ‑ Numerical Validation on Aeronautical combustion at high presure consition

EnginSoft ‑ MELiSSA Project: plant growing environment characterization

EnginSoft ‑ State of the Art in the Mechanical Simulation (AUDITORIUM VERDI)

MTA ‑ Numerical Modeling of Automotive Fuses Melting Time

IDNOVA ‑ FEM Analysis and Validation through Manufacturing of Electromagnetic devices for communication application using IEEE 1902.1 protocol

Key to Metals ‑ Development of a Database for Stress‑Strain Curves and Cyclic Properties

CADFEM Swisse ‑ Effective Electrothermal Simulation for Battery Pack and Power Electronics in HEV/EV

EnginSoft ‑ State of the Art in the Mechanical Simulation

Ansaldo Breda ‑ Advanced CAE Design for increasing Railway Vehicles Fire Safety Level

ANSYS ‑ Overcoming the Challenges of Hybrid/Electric Vehicle Traction Motor Design

Pierburg Pump Technology ‑ Evaluation of the Lifetime of an Automotive Vacuum Pump Housing

Piaggio ‑ FE analysis of a scooter crankshaft



19.00 19.00





16.05 16.05




Tetra Pak ‑ Modelling of a packaging machine filling system using a hierarchical approach

University of Malta ‑ Experimental Validation of Finite Element Simulations to predict Welding Induced Residual Stresses

Dynamore ‑ New features and future directions in car crash simulations with LS‑DYNA

Rossi Motoriduttori ‑ Research of the maximum energy efficiency for a three phase induction motor by means of slots geometrical optimization.

Magneti Marelli ‑ Gasket FEA analysis for AIM application

Pierburg Pump Technology ‑ Modal Analysis Correlation By Means Of FEM Approaches

Moldex 3D ‑ Integration of Injection Molding and Structure CAE for Mold Deformation Analysis

University of Padova ‑ Effect of Airfoil Geometry on Darrieus Vertical‑Axis Wind Turbine Performance

University of Ferrara ‑ Numerical Analysis of a Micro Gas Turbine Combustor fed by liquid fuels

University of Bologna ‑ Improving the design and the separation performances of membrane modules for H2 purification by CFD simulations

SUPSI ‑ Effects of Packed Bed Transport Properties Modeling on CFD Simulations of a Short Contact Time Reactor for Methane Catalytic Partial Oxidation

EnginSoft GmbH‑ Morphological Shape Optimization of a Multi‑ Element, Down‑Force Generating Wing

University of Salento ‑ Numerical and experimental evaluation of structural impact behavior of large pod for nautical applications

Casappa ‑ Optimization of the valveplate geometry for a variable displacement axial piston pump in case of multiple design constraints

Ansaldo Breda ‑ Structural optimization of new high speed train

Iveco ‑ Tyre set‑up for commercial vehicle multibody model: modeFRONTIER as a calibration tool

Continental ‑ Multi‑Objective Virtual Optimization for a target GDI injector nozzle flow achievement

Ferrari ‑ Numerical optimization of the exhaust ow of a high‑ perfomance engine

Onleco ‑ La simulazione termo‑ energetica dinamica e l'integrazione tra prestazione energetica e comfort degli ambienti confinati

Manens‑Tifs ‑ Ottimizzazione della prestazione energetica di un edificio con riferimento al protocollo LEED

EURAC ‑ Uso di strumenti di simulazione dinamica a supporto dello sviluppo di soluzioni innovative per l'edilizia sosteniblile

EnginSoft ‑ BENIMPACT SUITE – Piattaforma software per la progettazione integrata di edifici eco‑sostenibili

Università di Trieste ‑ Utilizzo di algoritmi genetici per l'ottimizzazione energetica di superfici vetrate con sistemi solari schermanti

Università di Trento ‑ Influenza dei dati di input sui risultati delle simulazioni dinamiche delle prestazioni energetiche di un edificio

Università di Trento ‑ Utilizzo di metodologie di simulazione energetica dinamica e di ottimizzazione nel progetto di un edificio “near zero energy”

Habitech/Distretto Tecnologico Trentino ‑ Ruolo delle Tecnologie ICT nell'edilizia sostenibile certificata

Tetra Pak ‑ Integration of a fully 3D CFD model in a lumped parameter system simulation through the use of an explorative DOE methodology

(with Microsoft Speech ‑ Software Development: From Concept to Operations)

CINECA ‑ HPC Deployment of OpenFOAM at CINECA for industrial settings

Tecniplast ‑ Laminar flow cabinet study

Centro Sviluppo Materiali ‑ CFD modelling of regenerative combustion system

Trasfor ‑ Fatigue Assessment of a Magnetic Component for Railway Application

Lombardini Motori ‑ A novel approach to simplified representation of threaded connections


Nuovo Pignone ‑ Combined 1D & 3D CFD Approach for GT Ventilation System analysis

Zeco ‑ Virtual Testing of a Plant with Hydro Francis Turbine

Ansaldo Nucleare ‑ Analysis of the Sloshing of a Large Tank with design‑basis and Fukushima‑like Seismic Excitations

CADFEM Swisse ‑ Comparison of hydrodynamic mass for CFD‑ coupled analyses

EnginSoft ‑ ECO‑BUILDING e Tecnologie CAE, la necessità di un incontro

(Beethoven Room)


EnginSoft ‑ State of the Art in the Multi‑Objective Optimization Simulation

(Vivaldi Room)

EnginSoft ‑ State of the Art in the CFD Simulation (BACH ROOM)


CFD SESSION (Wagner Room)


University of Genova ‑ Engine exhaust jets redeseign for the P180 aircraft using multidisciplinary simulations

ANSYS UK ‑ Engineering Simulation For Unmanned Vehicle Design and Development

EnginSoft ‑ State of the Art in the CFD Simulation

(Bach Room)

(Salieri Room)

(Auditrium Verdi)




ESTECO ‑ Multi‑Objective Optimization of Electromagnetical Devices Integrating modeFRONTIER with ANSYS Maxwell

University of Salento ‑ modeFRONTIER analysis for reducing emissions of PCDD/F in a sintering ore plant

Piaggio ‑ The use of ANSYS CFX to optimise the cooling circuit of an internal combustion engine ‑ 2nd part: thermal analysis

Ansaldo Breda ‑ Thermal comfort in Driverless Light Metro: CFD simulations versus experimental data from climate chamber tests

INFN ‑ A liquid Xenon calorimeter project for the Paul Scherrer Institute Switzerland

University of Padova ‑ Simulation and energy saving in simple solar collector with reflective panels and boiler


Costampress ‑ Quando lo stampista diventa valore aggiunto, esempio di collaborazione

Teksid Aluminum ‑ Ottimizzazione del regime termico di una conchiglia a due figure per colata a gravità di una testa cilindri

Università di Padova/DTG ‑ Optimising a step casting geometry to evaluate the mechanical properties of AM60B Magnesium Alloy


University of Cassino ‑ Identification of the JH‑2 constitutive model parameters for the fused silica using modeFRONTIER

Politecnico di Milano ‑ Churning power losses in planetary speed reducer: computational‑ experimental analysis

CERN, EnginSoft, Brembana ‑ Conceptual design of insulated modular LAr TPC detector for LBNE


University of Salento ‑ Optimized solar collectors for nanofluids applications

M3E ‑ Evaluation of the environmental impact of underground gas storage and sequestration


Transvalor – FORGE2011 ‑ Processes ‑ Transvalor

IFI/Gruppo Cividale ‑ Taratura sperimentale di MAGMAsoft per il processo di fusione a cera persa

IFUM Hanover, Germany – Presented by Transvalor ‑ Numerical Investigations on the Fatigue Failure of Forging Tools due to Thermo‑Mechanical Cyclic Loading

Transvalor ‑ ColdForm2011 ‑ Examples of Cold forming processes simulations

Transvalor – FORGE2011 – Prediction of Forging Defects

FEAT Group ‑ La simulazione del processo di stampaggio a caldo di acciaio mediante pressa: prevedere con la simulazione i problemi consente di risolverli a‑ priori, risparmiando nelle campionature e nei fermo‑ macchina

Deutsche Edelstahlwerke, Germany – Presented by Transvalor ‑ Numerical forming simulation at Deutsche Edelstahlwerke

EnginSoft ‑ Introduzione ed esperienze di simulazione a supporto dei clienti italiani ‑ accordo di collaborazione con Hydromec

(Wagner Room)

FORGE Italian Usersʼ Meeting

Saen ‑ Ottimizzazione del processo di pressocolata attraverso lʼintegrazione tra la simulazione, la campionatura e il laboratorio

Fonderie Mario Mazzucconi ‑ Limitare la formazione di bava: analisi deformativa di uno stampo LPDC a regime termico


University of Roma "Tor Vergata" ‑ Fluid Structure Interaction (FSI) with RBF Morph: a Generic Formula 1 Front End

Magneti Marelli ‑ Design Optimization Inverter Device

University of Salento ‑ Carburizing and Nitriding of steel components: experimental and numerical analysis

Centro Ricerche Fiat ‑ Fluid refrigerant leak in a cabin compartment: risk assessment by CFD approach

Ansaldo Energia ‑ New materials and their constitutive models in ANSYS. Experience in plasticity and viscoplasticity through z‑ANSYS

Saipem ‑ Aqwa code and its capabilities to solve offshore operation requirements

CIRA ‑ Synergy between LS‑DYNA and modeFRONTIER to predict low velocity impact damage on CFRP plates

Magneti Marelli ‑ SMART COOLING AIM Heat Exchanger Methodologies

Franco Tosi Meccanica ‑ Modeling different contact conditions in blade rows of turbomachinery

CIRA ‑ Cohesive Zone Material model in ANSYS: a sensitivity analysis on a DCB test cast







(Bach Room)

(Vivaldi Room)

(Salieri Room) MAGMA ‑ Cost savings using simulation

MAGMA Italian Usersʼ Meeting



(Auditrium Verdi)

21st October



Second Day

Tutorial ed applicazioni industriali

Sviluppo delle performance tramite i software numerici di progettazione

Quadro descrittivo della logica integrata di progettazione delle strutture in composito

Introduzione agli strumenti di base nella progettazione dei materiali compositi

(Beethoven Room)

Workshop Compositi









Questions & Answers


SOFTWARE UPDATE EnginSoft ‑ AnsyStrip

Questions & Answers


Questions & Answers

SOFTWARE UPDATE Roadmap of next modeFRONTIER releases

SOFTWARE UPDATE What's new in modeFRONTIER 4.4

SOFTWARE UPDATE MAGMA developments and outlook

SOFTWARE UPDATE MAGMAsteel and MAGMAiron: casting quality improvement using simulation

Transvalor ‑ FORGE2011 – Optimization through CAD systems

SOFTWARE UPDATE MAGMAhpdc: Full Die simulation in High pressure die casting

Round table ‑ users' requests

Transvalor ‑ FORGE Prospective Road Map

Transvalor ‑ FORGE2011 – Pre & Post Enhancements

Riganti SpA ‑ Simulare lo stampaggio al maglio: vantaggi dalla preventivazione, alla calibrazione del processo, all'ottimizzazione della qualità di particolari di grosse dimensioni

DIMEG ‑ Università di Padova ‑ La simulazione numerica nell'ottimizzazione dei processi di forgiatura (Process simulation in metalforming)

(Wagner Room)

FORGE Italian Usersʼ Meeting

SOFTWARE UPDATE MAGMAstress: simulation of stress and distorsion in casting and heat treatment

Reactive Search ‑ The Grapheur tool for data analysis and visualization: 7D plot and similarity maps

SOFTWARE UPDATE EnginSoft ‑ ANSYS CFD: advanced CFD set‑up and solution

EnginSoft Nordic ‑ Multiobjective optimization with modeFRONTIER applied to systems biology

SOFTWARE UPDATE MAGMA c+m: simulation of Core Shooting and Curing

Hill&Smith ‑ Solar Panel Support Frame Development using modeFRONTIER

MAGMA Italian Usersʼ Meeting

SOFTWARE UPDATE EnginSoft ‑ ANSYS Workbench: simulation and design environment, and new meshing paradigm


SOFTWARE UPDATE EnginSoft ‑ Mechanical


(Salieri Room)

(Auditrium Verdi) (Vivaldi Room)



Questions & Answers


SOFTWARE UPDATE EnginSoft ‑ Low Frequency

SOFTWARE UPDATE ANSYS ‑ Electromagnetism

(Beethoven Room)


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La Soluzione Il più ampio set di dati per l’analisi e il calcolo strutturale avanzato Curve di stress-strain, Fatica e altro ancora per “migliaia” di leghe ferrose e non ferrose ,QGLFD]LRQHVLPXOWDQHDGLSURSULHWj¿VLFKH e meccaniche in regime elastico già disponibili per più di 100.000 materiali il tutto collegato al Database KEY to METALS per XOWHULRULLQGDJLQLVSHFL¿FKHVXRJQLVLQJRORPDWHULDOH

Curve Stress-strain i Vantaggi Fatica

Risparmio di tempo senza confronti Metodi e motori di ricerca proprietari ed esclusivi Comparazione immediata faccia-a-faccia di materiali a livello chimico e meccanico

dati di Creep

Nuove prospettive nella simulazione strutturale

Meccanica della Frattura

Incremento delle prestazioni di software CAE/FEM già in uso 4XDOLWjFHUWL¿FDWDGHLGDWLIRUQLWL

Key to Metals AG, Doldertal 32, 8032 Zurigo, Svizzera Per chiarimenti o informazioni supplementari contattate il 327 499 39 74 o mandate una mail a

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Newsletter EnginSoft Year 8 n째3 -


Earth Breathing in Response to Underground Gas Storage Revealed by InSAR Measurements and Predicted by a Transversally Isotropic Geomechanical Model Underground gas storage in depleted gas field, and more recently in saline aquifers as well, is becoming a common practice to cope with the growing energy demand in the cold season and occurs in may places all over the world. In response to summer gas injection and winter gas withdrawal, the reservoir expands and contracts almost elastically, namely it breaks like a living creature, with the overlying land that moves accordingly. A few upper kilometres of the earth crust are locally subject to three-dimensional (3D) movements with the related cyclic motion of the ground surface being both vertical and horizontal. The magnitude and distribution of such movements depend on a number of factors including: 1) burial depth, thickness and area extent of the porous volume affected by the storage operation; 2) cyclic pore pressure variation generated by gas injection and extraction in both the reservoir and the surrounding aquifer; and 3) hydrological and geomechanical properties of the reservoir rock, the lateral aquifer and the overburden. Land motion in its full entity can be accurately revealed by InSAR measurements from space. A geostatistical analysis is performed over the 5 year period 2003-2007 to remove the regional trend and the nugget effect from the satellite interferometric data over a gas reservoir of the Northern Italy used to store methane from April to October and to pump it out from November to March each year, with the aim at identifying and modelling the vertical and horizontal components of the ground motion that are strictly related to the cyclic gas storage. In particular the horizontal displacements are hard to measure and have been so far inferred mainly from theory. The present note is concerned with the prediction of the seasonal earth movement up and down as well as to and from the injection/withdrawal wells. The land displacements measured with the aid of the persistent scatterer interferometry (PSI) are simulated by an advanced numerical geomechanical model that proves capable to account reliably for the actual geophysical process controlling the expansion and contraction of a storage reservoir seated at a depth of 10501350 m and the overburden in the Po river plain. The aforementioned model is a transversally isotropic model that requires the definition of five geomechanical parameters, namely the elastic Young moduli Ev and Eh and

the Poisson ratios vv and vh in the vertical and horizontal plane, respectively, plus the shear modulus Gv in the vertical plane. The medium deformation is primarily sensitive to Ev and Eh and much less to vv and vh which vary over a plausible quite restricted interval and play a relatively minor role. Another important factor is the recompression index, i.e. the ratio between I and II cycle vertical rock compressibility at the load inversion that has been assumed to be equal to four, consistent with the formation expansion measured in the depleted/repressurized gas fields of the Northern Adriatic Sea (Ba첫 et al, 2002, Ferronato et al, 2003). The other parameter values are: Eh/Ev = 3, Gv = Eh/2(1+vh), vv = 0.25 and vh = 0.15. As regard to the vertical rock compressibility from which Ev is derived, this is stress, and therefore depth, dependent, see Ba첫 et al (2002).

Fig. 1. a) Seasonal behaviour of the average gas pore pressure within the storage reservoir over the 5 year period 2003-2007; b) vertical land displacement (uplift and settlement) and c) West-East horizontal land displacement as measured by the satellite interferometry and predicted by the geomechanical model over the same period.

24 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 An essential information for the geomechanical model is the fluctuating gas pore pressure within the field which is a known variable (Figure 1a) and represents a strength source under the form of space pressure gradient. Since the reservoir is connected to a lateral aquifer (called “waterdrive” in petroleum engineering) a groundwater flow model is also needed and is developed to predict the water pore pressure variation within the waterdrive as the result of the pressure variation in the reservoir (Teatini et al, 2011). As a major consequence the porous medium volume involved by the pore pressure gradient is larger than the gas field itself with the pore pressure unevenly distributed in both space and time. The geomechanical model is calibrated against the interferometric measurements over a five year period, i.e. 2003-2007. Figures 1b and 1c show the excellent agreement between the simulated and the observed vertical and horizontal displacement, respectively, at two representative points over and close to the reservoir as indicated in Figure 1 (reflectors denoted 000GZ and 0007F, respectively). Note the good correspondence between pressure (Figure 1a) and land displacements (Figures 1b and 1c) in connection with

Fig. 2. a) Spatial land uplift and b) West-East horizontal land displacement from April 2006 to November 2006 as predicted (solid lines) with the aid of the geomechanical model and compared with the PSI results.

This article will be published on the ‘Water Resources Research’ journal, of the American Geophysical Union (AGU), the premier scientific association for the Geosciences ( ABOUT THE AUTHOR Prof. Giuseppe Gambolati received his doctoral degree with honors in Mechanical Engineering from the Technical University of Turin. After a short period as an assistant professor at the Technical University of Turin, in 1969 he left the University and joined the IBM Scientific Center of Venice with the specific commitment of developing the mathematical model of anthropogenic land subsidence of Venice. Gambolati's scientific career at IBM spanned the period from 1969 to 1980: scientist (1972), advisory scientist (1974), head of the hydrology programme (1976), senior scientist (1980). In 1980 Gambolati was appointed Professor of Numerical Methods at the School of Engineering of the University of Padua. In 1987 he became Director of the Institute of Applied Mathematics where he promoted the founding of the Department of Mathematical Methods and Models for Scientific Applications (DMMMSA), which he chaired until December 1991 and he is currently chairing since October 2009. His research and professional activity are mainly concerned with studies of natural and anthropogenic land subsidence, groundwater flow, and subsurface contaminant transport, and the validation and application of the corresponding numerical models to real world problems. Prof. Gambolati has contributed original computational approaches and innovative engineering and environmental studies to each of the aforementioned fields. Gambolati has long been consultant to national and international subsurface hydrology programmes, including programmes managed by the Italian Ministry of the Environment, Regional Governments (Friuli-Venezia Giulia), Municipalities (Ravenna) and the National Electricity Board (ENEL), and has coordinated the EU environmental projects CENAS (Coastline Evolution of the Upper Adriatic Sea Due to Sea Level Rise and Natural and Anthropogenic Land Subsidence) and RACOS (Radionuclide Contamination of Soil and Groundwater at the Lake Karachai Waste Disposal Site (Russia) and the Chernobyl Accident Site (Ukraine): Field Analysis and Modeling Study). The collaboration between Prof. Gambolati, Gambolati’s team at the Dept. Of Mathematical Methods and Modes for Scientific Applications, and EnginSoft is well established, and recently lead to a joint initiative, launched as a spin-off of the University of Padova, named M3E, Mathematical Methodes and Models for Engineering (EnginSoft Newsletter, Year 8, n. 2, 62)

Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 -

the injection and the withdrawal phases. To provide an idea of the complex spatial pattern of land motion and model reliability in substantially capturing the occurrence over a complete injection/extraction cycle, see Figures 2a and 2b that show the computed land uplift and horizontal movement from April 2006 to November 2006 as compared with the satellite measurements. On consideration of the very small values recorded (on the order of a few mm) that inevitably incorporate local disturbances, it may be concluded that the transversally isotropic model overall matches the geomechanical process very successfully. It may be interesting to evaluate how much gas can be stored if the gas pore pressure is pushed beyond the original in situ pressure pi prior to the field development and the corresponding earth breathing. A prediction has been made with a maximum overpressure equal to 120% pi. It is worth noting that starting from the lowest pressure of 75% pi, i.e. the pore pressure experienced at the field abandonment, the 120% pi allows for the methane stored per cycle to be increased by approximately three times as much the quantity disposed of at 100% pi. Such a large increase of the working gas volume is due mainly to the groundwater displacement in the waterdrive (accounting for 60-65%) and, secondarily, the methane compression caused by the maximum overpressure (30-35%) and finally the elastic reservoir expansion (1-2%). The latter migrates to the surface giving rise to a vertical land excursion equal to 27 mm while the largest horizontal land oscillation close to the field border is 23 mm (Teatini et al, 2011). So actually the earth breathes as gas is seasonally stored into and extracted from a depleted gas field with the largest vertical and horizontal motion on the order of few cm overall (at least for gas reservoirs of the Po river plain). Land moves elastically up and down and West-East and viceversa during each annual cycle. However, only a very small fraction of the gas injected and released is due to the contraction/expansion of the reservoir.

REFERENCES [1] Bau’ D., M. Ferronato, G. Gambolati and P. Teatini, Basinscale compressibility of the Northern Adriatic by the radioactive marker technique, Geotechnique, 52(8), 605616, 2002. [2] Ferronato M., G. Gambolati and P. Teatini, Unloadingreloading uniaxial compressibility of deep reservoirs by marker measurements, 11th Int. Symp. on Deformation Measurements, Santorini Island (Greece), May 25-28, 2003. [3] Teatini P., N. Castelletto, M. Ferronato, G. Gambolati et al, Geomechanical response to seasonal gas storage in depleted reservoirs: a case study in the Po River Plain, Italy, J. Geophys. Res., 116, doi:10.1029/2010JF001793, 2011. Giuseppe Gambolati, University of Padova, ITALY


Prof. Giuseppe Gambolati will be a key-note speaker at the Special Session of the EnginSoft International Conference on

GEOMODELLING IN THE OIL AND GAS INDUSTRY Geomodelling plays a key role in the oil and gas engineering. Numerical models cover a wide range of applications related to disciplines encompassing structural geology, sedimentary basin dynamics, and geomechanics in general. Trapping of hydrocarbons, reservoir simulations, fault-related geological problems, land subsidence phenomena and the like are all problems which today are given a realistic and increasingly accurate description, with a tremendous impact on decisions at all levels.

As to geomechanical processes, the major driving mechanisms refer to two different sources: the pressure variation induced by the motion of pore fluids, and changing in the overburden load. The first mechanism is activated whenever an underground reservoir is used for either withdrawal or injection purposes. In the former case, the fluid extraction causes a decrease of the effective stress with a consequent compaction of the porous medium, while in the latter the opposite effect is experienced, i.e., a swelling of the injected formation. Numerical simulation helps predicting the deep deformations occurring in these processes, hence avoiding or, in some cases taking advantage of, the pore collapse induced by the medium fracturing. Various consequences should be expected on the ground surface, known as land subsidence phenomena. Activation of existing faults - which can slide or open due to perturbation of the stress states – are also predictable by modeling, as well as the effects of changes in the overburden load on the deformation occurring in the geological deposition of sedimentary basins, whose reconstruction is of paramount importance to identify areas which can potentially host hydrocarbon reservoirs. These models require huge computational resources to reproduce accurately the complex geometries of deep subsurface formations, addressing problems of regional size. HPC is here the only answer. The special session at the conference will give a flavor of what is achieved by – and what is the impact of - numerical modeling and HPC in this field.

26 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3

Esperienze di simulazione di stampaggio a freddo di acciaio con presse automatiche multi stazione: l’ottimizzazione di processo come strumento per ottenere le migliori prestazioni e la massima qualità I processi di lavorazione dei materiali metallici per deformazione plastica sono la chiave per l’ottenimento di componenti meccanici di elevata qualità. Questo tipo di processo non comporta infatti variazioni strutturali del metallo, che mantiene quindi le sue caratteristiche meccaniche e resistenziali. Lo stampaggio a freddo si ottiene mediante presse meccaniche automatiche multistazione, dove il preformato viene trasferito tra una stazione e la successiva mediante sistemi transfer molto rapidi. Per garantire una maggior resistenza agli elevati livelli di carico dovuti alla deformazione a freddo del metallo gli stampi sono sovente costituiti da più parti di materiali anche differenti, parti montate in sequenza mediante interferenza termica/meccanica. Per garantire un sufficiente riempimento di forme profonde si ricorre talvolta all’utilizzo di stampi flottanti montati su molle/cuscini in grado di guidare il materiale in modo più efficace. Punto critico di queste lavorazioni è sempre trovare il giusto compromesso tra la minima quantità di materiale necessaria per ottenere il componente e l’individuazione delle corretta sequenza di deformazione, in modo da garantire un riempimento corretto senza difetti e piegature. Nella pratica produttiva queste operazioni di aggiustamento e calibrazione sono effettuate dalle persone con maggiore esperienza pratica di stampaggio nell’azienda e sono frutto di una lunga serie di prove sul campo. In altri casi l’utilizzo delle macchine non è ottimale: l’errata distribuzione della deformazione tra le varie stazioni può portare a comprimere dei pezzi già completamente riempiti, sovraccaricando la macchina e deteriorando gli stampi. Tutte le scelte, riassumendo, sono dettate dall’esperienza: il progettista non ha modo di testare nuove soluzioni per ottimizzare il proprio processo. La Simulazione di Processo: un nuovo approccio progettuale Da alcuni anni è disponibile un approccio nuovo al problema dell’ottenimento di pezzi di qualità per stampaggio a freddo: la simulazione del processo. Mediante software molto sofisticati in grado di effettuare una miriade di calcoli matematici partendo dalle informazioni geometriche e fisiche del processo è possibile prevedere come il materiale an-

drà a scorrere tra gli stampi per formare il pezzo. In altre parole lo stampatore può finalmente “mettere la testa tra gli stampi” e vedere cosa succede (fig. 1). La simulazione consente di verificare in modo virtuale se la configurazione di stampaggio ipotizzata è efficace o meno, non impegnando quindi tempo e risorse nella costruzione degli stampi e nelle preserie. La possibilità di sperimentare nuove soluzioni senza andare in macchina consente quindi al progettista di migliorare la qualità dei suoi particolari stampati, ottimizzare le condizioni di processo e ridurre i costi di produzione. Obiettivo di questo articolo è una rassegna di applicazioni industriali reali, nei quali il software ColdForm, prodotto da Transvalor S.A. e distribuito in Italia da EnginSoft, ha permesso di ottenere dei miglioramenti sensibili della qualità dei pezzi prodotti, oltre che una riduzione del materiale in bava. Molti degli esempi che verranno mostrati fanno parte dell’esperienza accumulata dai tecnici di EnginSoft in oltre quindici anni di attività di consulenza e supporto nel sottore dello stampaggio.

Fig. 1 – sequenza di stampaggio e tranciatura di una vite

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Quali sono gli aspetti che rendono ColdForm lo strumento adatto alla simulazione del processo di stampaggio a freddo di acciaio? Normalmente le matrici/punzoni/spine hanno una forma anche molto complessa e provengono da CAD anche molto diversi: ColdForm garantisce la massima compatibilità nell’importazione attraverso i formati .stl o .step ed il rapido ottenimento di superfici adatte alla simulazione attraverso meshatori 2D e 3D rapidi e precisi. Secondo aspetto la conoscenza del materiale in funzione delle temperature e velocità di deformazione: ColdForm ha un database di oltre 200 leghe ferrose e non dove sono definite le funzioni sforzodeformazione elasto-plastiche dei materiali alla temperatura di stampaggio. È possibile inoltre definire i propri materiali partendo dalla proprietà meccaniche quali snervamento e rottura. Per quanto riguarda il contatto pezzo-stampi, in ColdForm sono implementate le leggi di attrito e di scambio termico validate mediante confronto con la realtà, con la possibilità di applicare lubrificazioni localizzate degli utensili. Venendo quindi alla definizione della cinematica, è possibile sfruttare un database completo di presse meccaniche tradizionali, ma anche, preformatrici assiali e tangenziali o presse utente. Tale flessibilità non va però a scapito della semplicità d’uso: per ogni tipologia di processo sono presenti un template ed un help on-line che lo rende di semplice ed immediato apprendimento. Volendo entrare nello specifico dei processi di deformazione plastica a freddo dei materiali metallici, acciaio in primis, si identificano dei settori di applicazione ben specifici: Thin Sheet forming (fig. 2): deformazione di lamiere, ottenuta attraverso diversi passaggi di piegatura o imbutitura. Nel caso di lamiere sottili (pochi mm) si preferisce adottare un approccio 2D/3D, con strumenti specifici (EnginSoft utilizza e distribuisce il prodotto “Forming Suite” di FTI –, in grado calcolare forma e dimensioni del blank e di evidenziare le grinzature e le zone di rottura del materiale. In questo ambito trovano applicazione anche

Fig. 2b - analisi base di formabilità

strumenti specifici di ottimizzazione del layout di tranciatura (nesting tradizionale e progressivo). Thick sheet forming (fig. 3): nel caso di lamiere spesse, l’interesse è rivolto a quello che accade nello spessore e quindi il calcolo con ColdForm consente di valutare lo spessore della lamiera deformata e aspetti importanti, quali la deformazione legata al ritorno elastico. Recentemente il modello è stato migliorato in modo da considerare gli effet-

Fig. 3a – stampaggio flottante e ritorno elastico

Fig. 3b – anisotropia del materiale

Fig. 2a - calcolo del blank e del nesting


Fig. 3c – piegatura profili mediante treno di rulli

28 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 ti legati all’anisotropia del materiale, secondo il modello di Hill. Ogni tipo di piegatura o imbutitura può essere simulato. Tra i processi più complessi si segnalano le operazioni di piegatura di profili (fig. 3c), ottenute dal passaggio attraverso treni di rulli: la flessibilità di ColdForm nell’impostazione di cinematiche di traslazione/rotazione rende possibile la valutazione di macchine di questo tipo;

i processi di formatura incrementale, dove dei rullini adagiano il materiale su un mandrino in rotazione. La simulazione dei processi di stampaggio a freddo di viteria e minuteria Nel presente articolo si cercherà di fare il punto sullo stato dell’arte nel campo della simulazione dei processi di stampaggio a freddo di viteria e minuteria: cosa è possibile si-

Fig. 7 – sequenza di produzione di una vite

Fig. 4 – sequenza di formatura da filo

Bulk forming (fig. 4): deformazione da filo per ottenere minuterie metalliche, viti, bulloni, …con macchine automatiche multi stazione (fig. 4). Questo sarà il tema principale del presente articolo.

Fig 5 – rivettaura e trazione vite

Riveting (fig.5): in generale, tutte le valutazioni che possono essere effettuate nella fase di montaggio ed in esercizio di un fastener. Rolling e incremental forming (fig. 6): lavorazioni formatura a freddo per rotazione, quali la rollatura di anelli o la laminazione interna con movimento a spirale del mandrino, possono essere simulate con ColdForm. Lo stesso dicasi per

Fig 6 – rollatura e formatura incrementale

mulare e che risultati significativi si ottengono. Seguiremo quindi una vite ed un bullone dalla bobina di filo alla messa in opera (fig. 7). a. Trafilatura del filo: il processo produttivo parte da una bobina di filo, dove il materiale è stato già trafilato, con una riduzione di sezione che ha comportato un accumulo di deformazione ed un incrudimento superficiale, che deve essere considerato per una corretta previsione degli scorrimenti del materiale nelle successive fasi di deformazione; b. Operazioni di estrusione del gambo e di formatura della testa: solitamente assialsimmetriche, vengono simulate con analisi 2D molto rapide in grado di deformare il materiale fino a riempire le zone più massive; c. Operazioni di sagomatura e finitura: i dettagli quali la forma esagonale e l’impronta a taglio/stella/brugola/multilobata si ottengono nelle fasi finali e richiedono una simulazione 3D, eventualmente semplificata con l’applicazione di piani di simmetria. In queste fasi la massima attenzione è rivolta al riempimento dell’impronta ed alla eventuale formazione di ripieghe; d. Tranciatura delle bave: non sempre necessaria, consente di eliminare il materiale in eccesso sulla testa, legato al processo di deformazione applicato. Può essere simulata, per avere evidenza della forza necessaria alla tranciatura e le deformazioni conseguenti nel materiale, oppure si può effettuare una rimozione booleana del materiale in bava e generare così la geometria corretta per la/e successive fasi di calibrazione; e. Rollatura del filetto: operazione finale molto delicata, dove la vite passa attraverso dei rulli zigrinati, in grado di deformare il materiale con la creazione del filetto. In questa fase, complessa da simulare per le molte rotazioni che si ottengono, si punta a valutare la corretta crescita del materiale a formare i denti in rilievo. Riducendo ulteriormente l’analisi alle operazioni di deformazione, caratteristiche distintive del processo sono: • Utilizzo di macchine automatiche multi stazione, dove il risultato di ogni operazione è trasferito alla successiva.

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Fig. 8. - pressa automatica multi-stazione e calcolo della deflessione della pressa


ti per intrappolamento di lubrificanti; • Creazione di ripieghe: la geometria delle matrici obbliga il materiale a ripiegare su se stesso, formando delle ripieghe che possono essere critiche per la qualità del pezzo se rimangono nella zona interna e non eliminate con la successiva tranciatura. ColdForm recentemente ha visto introdurre un nuovo approccio per la tracciatura delle ripieghe, evidenziate ora attraverso dei marcatori (fig. 10) in grado di seguire il materiale durante lo scorrimento. È quindi possibile non

ColdForm prevede introduzione della legge di movimento della pressa meccanica attraverso un semplice modello, ma soprattutto consente l’impostazione di una sequenza di operazioni 2D e/o 3D, con il trasferimento automatico di tutti i risultati calcolati da una fase alla successiva. Il tecnico risolve quindi una intera sequenza con una singola operazione. Fig. 11 – sequenza di stampaggio di un silent In un’analisi più avanzata si può anche tener block e confronto con geometria ideale (ALTIA Fontanafredda) conto della deflessione della pressa (fig. 8), solo individuare la posizione e la profondità di una ripielegata ai diversi carichi che devono sopportare le diverga, ma anche capire se questa rimarrà all’interno del se stazioni. pezzo o sarà localizzata in bava; • Necessità di considerare il ritorno elastico all’estrazione del pezzo dalle matrici: ColdForm valuta il recupero delAltri risultati che vengono normalmente valutati sono la dela parte elastica della deformazione all’apertura degli formazione equivalente del materiale, utile ad identificare le stampi, trasferendo all’operazione successiva una geozone maggiormente stirate, e la distribuzione di temperatumetria più grande e con ra, che evidenzia eventuali surriscaldamenti. Di interesse è una distribuzione di tenanche la valutazione della fibratura del materiale, in grado sioni inferiore; di garantire una corretta orientazione del materiale, ma anche di evidenziare eventuali ripieghe sottopelle. Per quanto riguarda l’analisi dei risultati, il progettista Il pezzo ottenuto da una sequenza anche complessa di openormalmente è interessato razioni, può essere confrontato con la geometria da otteneai due aspetti: re, evidenziando mancanze e sovrametalli (fig. 11). • Riempimento: il materiale è sufficiente per riempire la geometria tra le Fig. 9 – analisi dei contatti – in rosso matrici/punzoni/spine, le mancanze oppure vi sono delle mancanze legate ad una errata stima del materiale in entrata od ad una distribuzione non corretta dello stesso nelle fasi precedenti? Lo strumento dei contatti consente di colorare in blu le parti a contatto con le matrici ed in rosso le mancanze di riempimento (fig. 9). Seguire il flusso di materiale mediante Fig. 12 – configurazione “a botte” con difetto e “conica” senza difetto e dei vettori di velocità, con miglior riempimento (Legrand) assieme alla visualizzazione dei contatti consente di comprendere in Si riporta di seguito un esempio pratico di come la simuladettaglio come il matezione abbia supportato i tecnici nella risoluzione di un diriale viene deformato, fetto di stampaggio presente sulla parte esterna della testa individuando possibili di una vite (fig. 12). La configurazione “a botte” scelta per sacche isolate di non Fig. 10 – ripiega tracciata con i la formatura della testa comportava nella successiva fase di contatto, possibili difet- marcatori finitura una ricalcatura di materiale sulla superficie esterna

30 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 e un non completo riempimento dell’impronta interna. Non potendo intervenire sullo stampo di finitura, la cui geometria era vincolata, si è deciso di valutare diverse possibili geometrie della fase di formatura. L’assialsimmetria ha aiutato a semplificare il calcolo e la possibilità di avere un chaining automatico delle operazioni di effettuare il calcolo di diverse sequenze in parallelo. La configurazioni migliore si è rivelata essere una forma “conica”, in grado distri-

Vi sono altri processi di tranciatura di precisione, tra i quali il fine banking, per i quali l’obiettivo è quello di ottenere una superficie di taglio la più netta possibile, con tolleranze molto strette. La flessibilità di Coldform nell’imposta-

Fig. 14a – tranciatura di rondelle (Panzeri)

Fig. 13 – stampaggio bullone: processo di deformazione, tranciatura ed inserimento inserto in nylon

buire in modo differente il materiale. Il difetto esterno è stato eliminato e si è ottenuto anche un maggiore riempimento dell’impronta, che ha decisamente migliorato il trasferimento della coppia dal cacciavite alla vite in fase di esercizio. Un altro esempio significativo è relativo al campo della produzione di bulloni, dove le analisi effettuate hanno riguardato tutte le fasi di produzione (fig. 13). La sequenza di stampaggio è stata migliorata per limitare le mancanze di riempimento tipiche di componenti esagonali ottenuti per deformazione da filo. Si è quindi simulata la fase di tranciatura, per valutare la forma della superficie tranciata. Il bullone è stato quindi soggetto ad un’analisi di chiusura del bordo superiore sull’inserto autobloccante in nylon. L’accoppiamento è stato infine valutato a rotazione, in modo da valutare la coppia resistente finale.

Fig. 14b – tranciatura fine di particolari complessi (Feintool)

zione di sequenze di operazioni, ognuna con configurazioni flottanti, assieme alle funzioni di auto-adattività della mesh, in grado di aumentare il dettaglio nella zone di tranciatura, rendono possibile affrontare la simulazione anche di questo processo con la necessaria qualità richiesta per i risultati (fig. 14b). Nel campo dello stampaggio a freddo gli “stampi” sono solitamente delle matrici e dei punzoni/spine in acciaio, quindi pressoché dello stesso materiale da deformare: la superficie delle matrici/punzoni è soggetta anch’essa a deformazioni importanti, che possono portare ad una perdita di tolleranza sul pezzo finale o addirittura a rottura degli stessi. Per questo motivo spesso si utilizzano configurazioni “blindate”, con inserti in metallo duro (TiC o Widia), pre-caricate per interferenza mediante uno o più livelli di anelli esterni (Tool-stack). Tale accorgimento consente di creare uno stato di interno di compressione, in grado di abbassare i livelli di carico sopportati nella fase di stampaggio. Considerare quindi “rigidi” gli stampi può essere una buona approssimazione in termini di flusso di materiale, ma non consente di ottenere informazioni in merito allo stato deformativo/a rottura degli utensili. È necessaria quindi una analisi a stampi deformabili che tenga conto di tutti questi effetti: ColdForm consente di specificare geometria e mate-

Un altro ambito ben specifico di utilizzo di ColdForm è per quanto riguarda la modellazione dei processi di tranciatura da lastra. Tale processo viene normalmente utilizzato per la produzione di rondelle rotonde piane o altri particolari diversamente sagomati. Per le tipologia più semplici si procede mediante un punzone, che va a tranciare una certa parte di materiale, portando localmente a rottura. Criticità del processo sono la valutazione della qualità della superficie di trancia al variare del profilo del punzone e della matrice e del materiale utilizzato. ColdForm è in grado di modellare l’intero procedere della frattura, dall’incurvamento superficiale in prossimità del punzone, alla superficie di scorrimento superiore, fino all’innesco ed alla propagazione della frattura (fig. 14a). Una volta calibrati i parametri delle funzioni di rottura, le misurazioni effettuabili nei risultati delle simulazioni sono Fig. 15 – analisi a stampi deformabili di inserti precaricati e virtual interference fit molto vicine ai riscontri del processo reale.

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rata del percorso di rollatura. Dal punto di vista della simulazione vi è la necessita di avere un calcolo robusto su una numero molto elevato di incrementi e la necessità di avere un elevato dettaglio nelle zone ove il materiale va a “riempire” il profilo: ColdForm è in grado di valutare correttamente tutti gli slittamenti della vite tra i rulli e le deformazioni locali sui denti grazie and una mesh autoFig. 16 – analisi degli stampi per configurazione di stampaggio a freddo di forcella (Omega I.F.S.) adattiva che viene rigenerata più volte durante il calcolo. Tutte le operazioni di calibrazione del processo possono essere condotte in virtuale, pressoriale di ogni inserto, con la relativa interferenza tra gli anelché eliminando gli interventi a bordo macchina. li, sia in un approccio completo, sia attraverso il “virtual interference fit” in grado di calcolare l’effetto risultante dei blindaggi sulla superficie esterna dell’inserto (fig. 15). Ottimizzazione automatica del processo di stampaggio a freddo Lo sviluppo del software in questi anni ha avuto come tema Per quanto riguarda possibili rotture degli stampi, il calcolo principale il rendere il più possibile automatiche le operaa stampi deformabili consente di valutare le zone maggiorzioni da effettuare per simulare una sequenza, introducenmente soggette alle sollecitazioni. Nel caso di seguito riportato, in produzione si riscontrava la frattura della matrice di do strumenti quali il chaining già descritti in precedenza. Il progettista si è però sempre trovato a dover fare delle scelestrusione dovuta all’eccessiva sollecitazione di trazione acte in base ai risultati delle simulazioni ed ipotizzare delle cumulata. La simulazione effettuata con ColdForm (fig. 16) configurazioni alternative, valutando quindi gli effetti delle ha consentito di individuare la zona maggiormente sollecimodifiche apportate. Tale lavoro di “trial & error” virtuale tata ed intervenire, mediante opportuni blindaggi esterni in modo da ridurre, il valore nella zona critica. La nuova connon consentiva di individuare la migliore configurazione possibile, ma solamente una migliore della precedente. figurazione ha consentito di eliminare la rottura e di prolunLa maggiore innovazione introdotta di recente nel software gare in modo significativo la vita utile degli stampi. ColdForm è la possibilità di effettuare una procedura di ottimizzazione automatica, in grado di individuare la migliore combinazione dei parametri di processo per ottenere il particolare della migliore qualità possibile. L’utente è chiamato a definire il range di variazione dei parametri del proprio processo, ad esempio le dimensioni e la posizione del filo, le corse di stampaggio, ma anche le geometrie delle matrici/punzoni/stampi e gli obiettivi da raggiungere, quali ad esempio il completo riempimento dell’impronta, il rispetto di alcune tolleranze dimensionali, l’assenza di ripieghe. Il software creerà una prima generazione di individui, ognuna costituita da una sequenza di stampaggio, effettuerà i calcoli e selezionerà i migliori individui che andranno a costituire la base per le successive generazioni. Tale approccio porta alla rapida individuazione della configurazione di ottimo. Vediamo l’applicazione di questo approccio in un paio di esempi di stampaggio a freddo.

Fig. 17 – rollatura del filetto – la posizione della vite rispetto ai rulli influenza il riempimento del profilo

Un altro tema di interesse nel campo dello stampaggio a freddo di viteria sono le operazioni di rollatura del filetto per deformazione tra due rulli opportunamente zigrinati (fig.17). Il processo è industrialmente ben noto, ma la messa a punto dello stesso è basata sull’esperienza: punti critici sono la posizione di entrata della vite tra i rulli e la du-

Minimizzare la deflessione di un punzone: la configurazione descritta nell’immagine seguente (fig. 18) è relativa ad un punzone leggermente fuori centro, la cui notevole deflessione, oltre 0.2 mm, unita agli elevati livelli di stress conseguenti, ne comportava la rottura durante lo stampaggio. Nel progetto di ottimizzazione i parametri che sono stati definiti sono stati la forma della superficie di testa del punzone (angolo e raggio di curvatura) mediante il collegamento diretto a Pro-E. La procedura di ottimizzazione ha individuato quale migliore risultato una configurazione per la quale la deflessione laterale è stata ridotta a 0.055mm e un livello di stress decisamente inferiore al caso originale.

32 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 L’approccio di ottimizzazione è stato applicato a due configurazioni della stessa famiglia di prodotti, ma con dimensioni differenti, ottenendo dei risultati davvero significativi nel risparmio di materiale, come evidenzianto nella tabella sottostante: Le tecniche di ottimizzazione sono ovviamente utilizzabili in una miriade di processi ed applicazioni: ColdForm è stato studiato per avere una interfaccia di ottimizzazione decisamente facile da utilizzare, aspetto questo che rende molto rapida la definizione di un progetto anche molto complesso. Fig. 18 – deflessione del punzone fuori centro: da 0.2mm a 0.055mm (BOLLHOFF OTALU)

Un altro studio ha riguardato la minimizzazione del materiale utilizzato per una configurazione vite + rondella + dado utilizzata per serrare due lastre non parallele (fig. 19). Nello specifico si è cercato di ottenere un limitato spostamento del sistema dato un certo carico ed una limitata deformazione dei due oggetti. Il design iniziale è stato ottenuto usando le regole tradizionali di progettazione. Nel software è stato sfruttato il link con il CAD esterno Solidworks per modificare in modo opportuno la geometria di vite, rondella e bullone.

Fig. 19a – definizione della configurazione e parametri impostati nel CAD (Lisi Aerospace)

Fig. 19b – risultati dello studio di ottimizzazione effettuato (Lisi Aerospace)

Conclusioni La presente panoramica ha evidenziato come oggi sia possibile simulare tutte le operazioni necessarie alla produzione di un particolare in acciaio stampato a freddo, incluse le fasi di tranciatura e test in esercizio. I principali vantaggi dell’introduzione di ColdForm come strumento di riferimento per la progettazione dei processi di stampaggio a freddo sono la possibilità di valutare a priori, a tendere ancora in fase di preventivazione la realizzabilità di un particolare, minimizzando il materiale in bava. Con la simulazione si eliminano quasi completamente gli aggiustamenti necessari quando si mette a punto un nuovo processo, evitando i costi relativi alla lavorazione di stampi prototipo e i fermi macchina necessari per la campionatura. Se le simulazioni sono fatte a-posteriori, ogni modifica apportata agli stampi ed il relativo effetto sulla qualità del pezzo sono valutabili senza la necessità di costose prove reali sotto la pressa. L’introduzione di ColdForm in ufficio tecnico consente infatti una profonda comprensione delle dinamiche di flusso del materiale tra gli stampi e delle criticità del proprio processo. Risolvere una problematica attraverso la simulazione consente ai tecnici di acquistare via via una maggiore sicurezza nell’affrontare famiglie di prodotti simili, ma anche di fare delle valutazioni, ancora in fase di preventivazione, delle criticità di nuovi particolari da produrre: tutte le esperienze fatte con il software possono infatti essere archiviate e diventano patrimonio dell’azienda, utile anche a far crescere rapidamente delle nuove figure che andranno via via ad integrare e poi sostituire le figure storiche esperte di stampaggio. L’acquisto del software ColdForm e il know-how che l’azienda acquisisce con la formazione specifica di EnginSoft sono un vantaggio competitivo che ha immediate ricadute concrete sul miglioramento del proprio modo di produrre, consentendo un rapido ammortamento dell’investi-

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Panzeri La Panzeri S.p.A. ha intrapreso un'espansione in settori a lei nuovi con un conseguente sviluppo in conoscenze e tecnologie ed un aggiornamento degli strumenti di lavoro con i quali soddisfare una duplice funzione: interna legata agli studi di fattibilità e alle ottimizzazioni di processo, esterna nei casi in cui l'azienda entri attivamente nella fase di progettazione. L’ing. Luca Panzeri, direttore generale di Panzeri SpA ha dichiataro: ”il software ColdForm ci consente di valutare le zone di mancato riempimento e quelle soggette a deformazioni vicine al limite di frattura. Sono stati così analizzati e ottimizzati i cicli di particolari già in produzione, ottenendo una significativa riduzione dei costi di lavorazione, passando dal paradigma del “cerco un modo di fare” a quello del “cerco il miglior modo di fare”. L’apporto di EnginSoft è stato fondamentale nella fase di primo apprendimento, e soprattutto quando le configurazioni da risolvere sono divenute via via più complesse e la loro esperienza di anni di utilizzo dello strumento ci ha decisamente accelerato l’impostazione e la corretta soluzione di queste tipologie.”

ALTIA Fontanafredda ALTIA Fontanafredda si è affermata come fornitore di secondo livello dei più importanti produttori europei di componenti per auto. La continua ricerca di nuove tecnologie e il costante impegno nell’innovare e affinare i processi di produzione sono i punti di forza di ALTIA che le hanno consentito di diventare un’azienda di riferimento per l'industria automobilistica europea. Per mantenere questo livello di eccellenza, un importante investimento è stato fatto per dotare i reparti Progettazione, Ricerca e Sviluppo di strumenti all'avanguardia quali il software ColdForm, che consente di verificare e simulare le nuove soluzioni tecniche nella fase di progettazione, per i nuovi particolari sempre più complessi che ci vengono richiesti dai nostri clienti. Gianfanco Marcandella, responsabile R&D di ALTIA Fontanafredda, ha dichiarato: “Grazie a ColdForm siamo in grado di evidenziare a priori comportamenti anomali del materiale, controllato che il processo non comprometta l’integrità del particolare e verificare la geometria degli stampi in funzione della configurazione finale del pezzo. È inoltre possibile stabilire la potenza totale necessaria allo stampaggio, scegliendo la pressa più idonea allo scopo e limitando usure anomale o precoci degli stampi nelle varie posizioni, evitando così eventuali sostituzioni indesiderate”. “Grazie all'affiancamento dei tecnici EnginSoft” - ha concluso l’ing. Marcandella - “abbiamo potuto interpretare i risultati in modo da limitare al minimo il tempo di campionatura sulla pressa e le operazioni di ripresa alla macchina utensile, con una più rapida messa in produzione ed una sensibile riduzione dei costi unitari di produzione”.


mento necessario. EnginSoft ha una esperienza di oltre 15 anni nell’utilizzo di ColdForm ed è in grado di ascoltare le più svariate esigenze provenienti dalle industrie e rispondere con delle soluzioni su misura, dai servizi alla formazione, base ed avanzata, all’uso del software, agli affiancamenti on-job.

Per informazioni, rivolgersi a: Ing. Marcello Gabrielli – EnginSoft

Dichiarazioni di utilizzatori di ColdForm nello stampaggio a freddo di acciaio DA-TOR Da-Tor S.p.A. ha scelto Coldform dopo aver effettuato alcune esperienze di simulazione con EnginSoft dalla quali sono emerse la competenza dei tecnici di EnginSoft nell’affrontare casi complessi, insieme alla consistenza ed alla facilità d'uso dello strumento per una applicazione industriale dello strumento. Nella successiva fase di formazione ed affiancamento all'uso del software, l'esperienza di EnginSoft è stata decisiva per passare dalle simulazioni più semplici ai casi più complicati. L'esperienza che i tecnici di Da-Tor S.p.A. stanno acquisendo ogni giorno nell'uso della simulazione numerica con ColdForm sta avendo delle sensibili ricadute sulla qualità del processo produttivo. Giovanni Rocca, Amministratore Delegato di Da-Tor S.p.A., ha individuato i seguenti vantaggi ottenuti con l'uso di ColdForm: • analizzare il flusso di materiale con l'analisi dei contatti consente di individuare possibili mancanze o difetti; • la possibilità di testare in modo virtuale differenti configurazioni fa risparmiare tempo e costi di creazione/rifacimento di stampi, limitando al minimo le campionature; • la possibilità di verificare a priori delle soluzioni innovative, che consentano di eliminare i difetti di stampaggio e la ripresa alla macchina utensile; • l'analisi della potenza totale necessaria per ogni stazione in modo da scegliere correttamente la pressa e ripartire il carico; • la limitazione di usure anomali o precoci degli stampi nelle varie posizioni, in modo da avere un deterioramento bilanciato degli stampi e non dover sostituire delle particolari posizioni prima delle altre. L'applicazione dell'approccio di simulazione con ColdForm a tutti i particolari attualmente in produzione consente inoltre a Da-Tor S.p.A. di costruire un archivio di problematiche risolte per famiglie di prodotti, limitando al minimo il tempo di campionatura sulla pressa e le operazioni di ripresa alla macchina utensile con una più rapida messa in produzione ed una sensibile riduzione dei costi unitari di produzione.

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FORGE 2011 Release Notes Nel mese di giugno 2011 è stato rilasciato da Transvalor il nuovo pacchetto di simulazione Forge 2011, lo strumento ideale per la simulazione dell’intero processo di stampaggio a caldo o a freddo dei più svariati componenti (alberi, giunti, ingranaggi, flange, raccordi, cuscinetti, bulloni, viti, fasteners, …). È possibile simulare la sequenza completa di un processo di forgiatura multistadio, con una cinematica degli stampi anche molto complessa (stampi flottanti o pre-caricati), seguita da raffreddamenti, tranciatura bave e/o trattamenti termici. La nuova versione è stata sviluppata da Transvalor S.A. seguendo i suggerimenti degli utilizzatori, con l’obiettivo primario di far risparmiare tempo nelle tre fasi tipiche di simulazione: impostazione del progetto, soluzione, analisi dei risultati. Di seguito daremo evidenza dei principali miglioramenti introdotti per migliorare la produttività.

Fig.2 - Menu di selezione delle lingue

Nuove opzioni per l’impostazione dei progetti Gli interventi sul pre-processore riguardano due ambiti principali: specifiche del programma e miglioramenti dei modelli dedicati a specifici processi di deformazione. Per il primo aspetto, la nuova versione a 64 bit consente ora una maggior robustezza nella gestione di mesh di volume di parecchi milioni di nodi, rendendo possibile un dettaglio dei risultati prima non raggiungibile. Tra le altre migliorie introdotte, una migliore armonizzazione di analisi 2D e 3D, una migliore gestione del salvataggio dei risultati e della loro modifica/cancellazione. Per quanto riguarda invece i modelli di processo, le migliorie più significative introdotte sono le seguenti: • Stampaggio a caldo: introduzione di nuova pressa link-drive attraverso modello parametrico validato con la realtà. Miglior controllo dell’energia per magli; • Rollatura di preformatura: migliorati i modelli di attrito, con una migliore previsione degli slittamenti e delle deformazioni della billetta tra i rulli (fig. 3);

Fig.1 - solution launcher

Installazione e struttura del programma Il programma ha una struttura server-client, con la possibilità di installare una macchina server, sulla quale verranno effettuate tutte le attività e un numero a piacere di macchine client, incluse nel contratto standard di licenza, deputate alla preparazione dei calcoli ed all’analisi dei risultati. Da questa versione i client sono completamente indipendenti dal server e possono essere scollegati dal server una volta inoltrato il job di calcolo da risolvere. Questo consente un utilizzo più efficiente delle macchine client, che possono essere quindi spente o utilizzate per altre attività. Il software può essere installato in versione windows 32 o 64 bit o in versione linux. Nella versione HPC, dedicata alle workstation di calcolo o ai cluster, il software è in grado di gestire in modo stabile la parallelizzazione fino a 32 core. Altro aspetto importante è la localizzazione del software: è possibile scegliere tra francese, inglese, tedesco, spagnolo, portoghese, italiano e giapponese (fig. 2). La novità più importante è però che la traduzione comprende sia i comandi dell’interfaccia, che tutti i template di progetto, quindi ogni opzione è tradotta nel linguaggio scelto, rendendo più immediata la comprensione.

Fig. 3 - rollatura tangenziale billetta

• Stampaggio a stampi aperti: rivisto ed ottimizzato il modo di salvataggio dei risultati, prosegue l’integrazione con Thercast per la valutazione della chiusura delle porosità di colata (fig. 4 - fig. 7);

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di Forge vengono indicate le feature parametriche del CAD sulle quali si vuole intervenire e l’ottimizzatore guida in background il CAD, facendo generare la geometria corretta ed utilizzandola poi per la simulazione da risolvere. Tra i casi risolti grazie a questa nuova opzione, l’individuazione della migliore forma di un punzone in modo da minimizzarne la flessione laterale e la rottura o il calcolo della migliore forma di una rondella di fissaggio per lamiere non parallele, per la quale si è risparmiato oltre il 20% di materiale ottenendo un miglioramento nel serraggio (fig. 9). Fig. 4 - stampaggio a stampi aperti con formatura di dentatura interna

• Laminazione circolare: possibilità di creare i profili dei rulli in Forge, possibilità di introdurre un raffreddamento iniziale dell’anello, possibilità di calcolare movimenti e rotazioni di tutti i rulli, compresi i rulli di centraggio, significativa riduzione dei tempi di calcolo grazie all’approccio ALE ed alla parallelizzazione del calcolo (fig. 8); • Stampaggio di non ferrosi (ottone ed alluminio): miglioramento funzioni di contatto per la gestione delle ripieghe in impronta e nelle bave, introduzione di presse idrauliche a cinematica utente, deciso miglioramento delle funzioni di calcolo delle sacche di aria/lubrificante e relativa gestione degli sfiati - utilizzabile in tutti gli altri ambiti - (fig. 10); • Stampaggio a freddo sheet -> deformazione o idroformatura lastre: possibilità di creare e calcolare materiali anisotropici, calcolo automatico dello spessore; • Stampaggio a freddo bulk => viterie e minuterie: migliorate le funzioni di chaining per concatenare diverse operazioni 2D e 3D, possibilità di calcolare la ricottura del filo, calcolo degli stampi accoppiato o non accoppiato con modelli di interferenza virtuale; • Rollatura di finitura: rivisto completamente il modello di calcolo per la rollatura di filetti o impronte al termine dello stampaggio, con abbattimento dei tempi di calcolo (fig. 5); Per ogni modello la descrizione passo-passo dei singoli passaggi è descritta nell’help, che è stato profondamente rivisto ed integra ora anche dei contributi filmati per meglio guidare nell’im-

Sempre per l’ottimizzatore sono state riviste le modalità di impostazione di diversi casi, con l’introduzione di nuovi obiettivi e nuovi vincoli. Il modello per l’analisi inversa, utile ad esempio per trovare i parametri di definizione di un materiale senza effettuare le prove di caratterizzazione, è stato completamente riscritto e reso più immediato. Miglioramento delle routine di calcolo Per quanto riguarda la soluzione dei progetti, si è già accennato alle modifiche introdotte per rendere più efficiente la gestione dei calcoli da client e la gestione dei file di batch per il calcolo in serie di varie simulazioni sfruttando fino a 32 cores. Il lavoro “dietro le quinte” sulle routine di calcolo è stato altrettanto accurato ed ha portato ad un deciso miglioramento dell’accuratezza del calcolo grazie a nuove funzioni di contatto, alla creazione ex-novo di un solutore 2D decisamente più rapido ed efficiente, al miglioramento delle funzioni di trasporto in 3D ed al supporto di OpenMPI 1.4.2 and MPich 2 1.3 per il calcolo parallelo. Tutto questo si traduce in un solutore più rapido e robusto, in grado di garantire risultati accurati anche in situazioni difficili con mesh con milioni di nodi, ripieghe estese o complesse, processi con molti incrementi quali la laminazione circolare o orbitale o la formatura incrementale. Nuovo report-manager per l’analisi dei risultati La novità principale della versione 2011 è lo strumento “report manager” (fig. 6) che consente la generazione in automatico dei report di calcolo in formato Microsoft Word o Powerpoint. Nel post-processore Glview Inova, ora nativo a 64 bit, è possibile ora indicare quali risultati (immagini, tabelle di dati, animazio-

Fig. 5 - rollatura vite

postazione delle varie opzioni. Per quanto riguarda infine l’ottimizzatore automatico compreso nel pacchetto, la novità principale è la possibilità di interagire con le piattaforme CAD più diffuse: Pro-Engineer, CATIA, Unigraphics, Solidworks. Dall’interno

Fig. 6 - automatic report

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Fig.7 - calcolo porosità del lingotto ed evoluzione durante la deformazione

ni, file vtf, …) si vogliono inserire nel report di calcolo. Per ognuno di essi è possibile inserire un commento di testo a descrizione del risultato. Una volta terminata l’analisi dei risultati il sistema è in grado di generare in automatico un report di calcolo completo, partendo da un modello di documento personalizzato con loghi e fomattazione dell’azienda. Aspetto importante è la possibilità, sia in formato Word, che Powerpoint, di inserire delle animazioni mediante i file .vtf, nei quali è possibile cambiare il punto di vista e fare degli zoom, in modo da andare nel dettaglio dell’analisi. I tempi necessari alla generazione dei report di calcolo si sono quindi ridotti al minimo, eliminando tutti gli errori legati al copia-incolla delle informazioni tra strumenti diversi. Per quanto riguarda poi alcuni risultati specifici il modello di rilevazione delle ripieghe è stato ulteriormente migliorato, rendendo ora possibile localizzare facilmente le ripieghe attraverso un marcatore rosso, quindi seguirne l’evoluzione attraverso dei sensori che consentono di valutarne forma e profondità. Sono stati aggiunti anche altri strumenti per seguire meglio lo spostamento di punti specifici del materiale, tracciandone la traiettoria, oppure per meglio gestire la fibratura del materiale o eventuali ripieghe sottopelle. Per meglio seguire come si formano tali ripieghe è stato introdotto anche un piano sezione che segue la cinematica degli stampi, in modo da consentire di mantenere la stessa posizione relativa con le matrici. Proprio il tema dei difetti di stampaggio è stato oggetto di un Fig.8 - laminazione circolare con rulli di tentativo di classificacentraggio zione da parte di Transvalor nel recente European Users’ Meeting: prossimamente su questa newsletter pubblicheremo i risultati di questo studio, con l’indicazione dei risultati più indicati per evidenziare un particolare comportamento non voluto del materiale. Conclusioni Forge 2011 è il frutto del costante lavoro di sviluppo di Transvalor e delle ricerche condotte nel CEMEF, centro di eccellenza nello studio del comportamento a deformazione dei materiali metallici. Il costante rapporto con gli utilizzatori ed i distributori come EnginSoft forniscono continui spunti per il mi-

glioramento dello strumento, richieste che vengono soddisfatte in ogni successiva versione. Forge cresce e diviene sempre più facile da utilizzare, robusto, accurato e preciso. La maturità raggiunta dal prodotto consente sempre un facile e rapido inserimento in qualsiasi ambiente tecnico, per la progettazione di prodotti ottenuti per stampaggio e l’ottimizzazione dei relativi processi produttivi. Con Forge 2011 è quindi possibile migliorare rapidamente la qualità dei pezzi, ridurre gli sprechi di materiale e aumentare la durata degli stampi e delle macchine di stampaggio. È possibile inoltre valutare in modo anticipato senza sorprese la stampabilità di nuove forme o di materiali poco conosciuti.

Fig.9 - minimizzazione deflessione laterale punzone => link dell’ottimizzatore con il CAD

EnginSoft, distributore in Italia del software Forge, grazie a tecnici specializzati con oltre 15 anni di esperienza, offre alle aziende del settore oltre al supporto nell’installazione, formazione del personale ed avviamento all’uso, anche attività di simulazione su commessa, con impostazione del caso, analisi dei risultati e consulenza sull’ottimizzazione del processo.

Per maggiori informazioni: Ing. Marcello Gabrielli - EnginSoft

Fig.10 - stampaggio di ottone a forare (4 punzoni) su cuscino

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FERROLI: Passione, Professionalità, Dedizione Dal 1957 il gruppo Ferroli si occupa di elementi per impianti di riscaldamento e condizionamento per l’ambiente domestico e industriale con passione, professionalità e dedizione. Oggi conta 5 divisioni produttive (riscaldamento, climatizzazione, idromassaggio, termoarredo e motori) e 7 unità di produzione dislocate in 4 Paesi e 10 unità commerciali in 9 Paesi. Visita il sito di Ferroli all’indirizzo: L’utilizzo di MAGMASOFT e MAGMAfrontier nella progettazione Fra le attività di simulazione svolte negli ultimi anni con MAGMASOFT merita un’attenzione particolare la riprogettazione e ottimizzazione della colata di uno stampo mono-impronta, già in produzione, per il “RADIATORE 350”. La produzione presentava un livello di scarto troppo elevato, imputabile principalmente a porosità da inglobamento d’aria. Tale studio ha avuto come obiettivo principale la ricerca del miglior sistema di colata per massimizzare la qualità finale del componente, relativamente al rischio di inglobamenti d’aria. Innanzitutto sono state definite 4 aree geometriche del radiatore nel quale raggiungere differenti livelli qualitativi (aspetti estetici e aspetti funzionali). Per raggiungere gli obiettivi di qualità stabiliti nell’ottimizzazione, sono state definite le variabili geometriche e quelle di iniezione (curva di inizione) che potevano variare e il loro intervallo di variazione. All’interno di MAGMAfrontier il modello geometrico del ramo di colata e dei pozzetti è stato parametrizzato (curvatura del ramo principale, altezza del restringimento del ramo in prossimità della curvatura, presenza di interruzioni lungo l’attacco, velocità di seconda fase, ecc…). La fase di ottimizzazione con MAGMAfrontier ha considerato complessivamente la valutazione di 227 configurazioni di colata in 2 settimane di lavoro. Al termine di questa

fase la configurazione ID43 è stata considerata quella “ottimale” per i migliori indici di qualità estetica nelle quattro aree di valutazione. Le modifiche geometriche sono state subito apportate allo stampo esistente e si è proceduto alla campionatura e produzione di un primo lotto di 46.000 radiatori, utilizzando la nuova curva di iniezione ottimizzata, con il risultato di ottenere uno scarto complessivo inferiore all’1% e con un tempo ciclo ridotto dell’8%, rispetto ai valori di produzione precedenti. Perché EnginSoft e MAGMASOFT in Ferroli “Sin dalle prime stampate si è potuto apprezzare la notevole differenza nella facilità di stampaggio dei pezzi, tanto che, in una settimana di produzione, NESSUN ELEMENTO HA PRESENTATO DIFETTI DI RIEMPIMENTO O POROSITÀ. La nuova configurazione non solo ha eliminato completamente i difetti di stampaggio, ma ha reso possibile lavorare anche con temperature dell’alluminio inferiori alle precedenti, conservando la qualità del getto. Questo fattore, in particolare, ci ha permesso, tra l’altro, di RIDURRE DELL’8% IL TEMPO CICLO della pressa, aumentando, quindi, la produttività della stessa”… “A metà della scorsa settimana, inoltre, sono stati lavorati in linea circa 46.000 elementi di “nuova” produzione senza nessun rile-

vante problema, sia dal punto di vista del riempimento dell’aletta faccia vista, che di tenuta a pressione degli elementi” ha dichiarato l’Ing. Alessandro Garlet, Responsabile del Reparto di Pressocolata dello Stabilimento della Ferroli di Alano (BL). E ha così proseguito: “Con questo tipo di risultati è ovvio che nell’ottica di un’attenta ricerca dell’efficienza in produzione, non si può più ignorare l’aiuto che può fornire l’ottimizzatore automatico di MAGMAfrontier e per questo prevediamo di continuare ad avvalerci delle competenze tecniche di EnginSoft, per raggiungere gli obiettivi di riduzione dei costi e di qualità del prodotto, che sono propri della Ferroli”.

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EnginSoft Interviewed Mr. Matteo Cova, Engineer at SACMI 1. What is or should be the role of innovation in the industrial/ entrepreneurial world? In our globalized world innovation is essential to develop and establish new and solid opportunities for business. Innovation is the engine of a virtuous circle, a combination of strengths and tradition. It develops with these elements for good. Inside the company, these paths have to be diverse and contemporary: while I am “launching” a solution, I already think about the next innovation. 2. What are the strategies leading to the status of being innovative and which assessments push innovation? They are attention to the latest trends, monitoring of technology development, as well as smart staff selection, formation and motivation. This last aspect is often crucial: actually the word “Innovation” stands for “changing the order of already existing things with the aim to do new things”. This is hard because all employees are forced to evolve, while human beings tend to like routine. However, when circumstances require it, humans are the most able creatures to adapt or change. This means that the manager has to let his/her employees understand the need for change. 3. What is the role of CAE tools and virtual prototyping in this context? Designers can “detect” a direction of development and these tools allow them to obtain the optimal condition in a shortened period of time, with a high awareness of the quality of the results. The situation is different with topological optimizers, which are able to “suggest” the direction to follow in terms of the object’s shape. 4. How have users’ needs changed in the last years? According to our experience, while the use of CAE tools has spread more and more, the educational level of the average user has decreased. There are three levels of users: the first one includes designers (usually technical experts), who use these tools to perform linear analyses for first and preliminary evaluations. On the second level, we find other designers (technical experts or engineers) who have the structural responsibility for a new project. Through non-linear analyses, they take the machine to the final definition, in terms of experimental assessments, e.g. extensometer and quality specifications (e.g.: raw materials). These are usually draftsmen that allow to speed up the evolutional flow. The last group are the experts, who until ten years ago, were the only ones to use these tools risking to become just a “machine

EnginSoft intervista l’ing. Matteo Cova di SACMI 1. Che spazio ha (e dovrebbe avere) l’innovazione nel mondo industriale/impresariale? In un mondo globalizzato l’innovazione è una prassi imprescindibile per creare nuove e solide opportunità di business. L’innovazione è il motore di un circolo virtuoso in cui è seguita da consolidamento e tradizione, e con questi stessi si confronta per non essere fine a se stessa. Nell’azienda questi percorsi devono essere molteplici e contemporanei: mentre “lancio” una soluzione sto già ricercando la prossima innovazione. 2. Quali sono le strategie per essere innovativi e quali valutazioni spingono all’innovazione? Attenzione alle nuove tendenze, monitoraggio delle evoluzioni delle tecnologie, corretta selezione formazione e motivazione del personale. Questo ultimo aspetto è spesso cruciale, infatti “Innovare = alterare l’ordine delle cose stabilite per fare cose nuove”. È impegnativo perché costringe tutti i dipendenti non “fermarsi”, mentre l’uomo è rassicurato dalla routine. Ma nel bisogno è anche l’animale più capace di adattamento ovvero di cambiamento: il ruolo del manager è anche rendere compartecipi della necessità del cambiamento. 3. Che ruolo ricoprono gli strumenti CAE e di prototipazione virtuale in tal senso? Il progettista “vede” una direzione di sviluppo. Con lo strumento può ottenere la condizione ottimale in tempi ridotti e con elevata consapevolezza della qualità del risultato. Un discorso a parte, in campo strutturale, la meritano gli ottimizzatori topologici: questi possono “suggerire” la direzione da prendere in termini di forma dell’oggetto. 4. Come sono cambiate le esigenze degli utilizzatori negli ultimi anni? La nostra esperienza è che negli ultimi anni l’allargamento dell’utilizzo degli strumenti CAE ha inevitabilmente abbassato il livello scolastico dell’utilizzatore medio. Si sono distinti tre livelli di utilizzatori: nel primo vi sono i progettisti (in genere periti tecnici) che ne hanno fatto uno degli strumenti a loro disposizione, effettuando analisi lineari per prime valutazioni di massima. Il secondo livello è rappresentato da progettisti (periti tecnici o ingegneri) che hanno generalmente la responsabilità strutturale del nuovo progetto. Tramite analisi non lineari portano la macchina fino a definizione finale anche in termini di verifiche sperimentali (es.: estensimetri) e capitolato di qualità (es.: materie prime). Quasi sempre questi sono anche i “disegnatori” permettendo di snellire notevolmente il flusso evolutivo. L’ultimo ruolo è quello dello specialista. Dieci anni fa era l’unico ad usare lo strumento col rischio di diventare “un’interfaccia macchina”. Oggi in SACMI si occupa di definire metodologie e tool

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interface”. In SACMI, these experts are responsible for implementing customized methodologies and tools, materials’ characterization, internal training, complex analyses and optimizations. 5. What are the advantages you have found in your job and how has your approach to design changed production? CAE tools together with the possibility to increase the performance in terms of weight, reduce the uncertainty of the final solution, allowing us to understand diverse phenomena. In other words, these are very formative tools. At the same time, once the correctness of the given solution has been assimilated, the openend area, the research area, moves from the computational model to the correct evaluation of the input data (e.g.: materials’ characterization) and result elaboration (e.g.: fatigue analysis). 6. How has EnginSoft contributed and how has it enhanced quality, potentialities and skills of your company? EnginSoft has always offered a variety of products and services, both as a partner for important projects and as our guide to assess new tools. The fact that EnginSoft has an international, multidisciplinary and academic character is challenging and interesting for us. Actually, we have to remind ourselves sometimes, that the main elements of our strong relations with the company are the competencies and availability of its technical experts. 7. What are the future challenges for these computational tools? They are: coping with more and more complex problems and reducing at the same time the efforts to comprehend the full capabilities of the software. This allows users to analyze what comes before and after the analysis. Another goal is to take the geometrical modification in view of the optimization (e.g.: mesh morphing) and to make a more fluid and robust customization and interaction with other software, especially when using the subsequent version. 8. What are the projects, objectives and new targets in your plans that you can develop and achieve by using these tools? First of all, reducing time-to-market with an optimized product that cuts off the after-sale costs. In order to reach this “ideal” target, our efforts will take the direction of process simulation and deeper customizations. The first one is the material non-homogeneity in terms of resistance and residual strains, while the others allow the effective applications of the quality procedures. 9. What are your expectations for the scientific technologies that continuously strive for creativity and face competition? If virtual technology wants to be believable, then it should be compared with reality. Nowadays, the available software do not provide many tools to compare the experimental data. In structural engineering for example, it is really complicated to compare a real value with the virtual data. This behavior shows a certain inclination of “fear” of an experimental comparison and thus increases skepticism and “moves“ the analyst “away” from people who have a closer relation with the machine or process inside and outside the company.


personalizzati, caratterizzazione materiali, formazione interna, analisi complesse e ottimizzazioni. 5. Quali vantaggi ha rilevato nella sua esperienza professionale e come è cambiato il suo approccio alla progettazione/produzione? Oltre alla possibilità di aumentare le performance in termini di peso/prestazione riducendo l’incertezza del soluzione finale, il maggior beneficio dell’uso dello strumento è stato quello di permettere una comprensione di molti fenomeni. In altre parole è uno strumento molto formativo. Al contempo, assimilata la correttezza della soluzione fornita, l’area di indeterminatezza ovvero di ricerca si è spostata dal modello di calcolo alla corretta stima dei dati di ingresso (es.: caratterizzazione dei materiali) e all’elaborazione dei risultati (es.: verifica a fatica). 6. Qual è stato il contributo di EnginSoft e in che modo ha saputo valorizzare qualità, potenzialità e capacità della sua industria/impresa? EnginSoft ha sempre avuto un atteggiamento propositivo, sia in termini di prodotti e servizi, sia come partnership per progetti importanti o nel creare un percorso per accompagnarci nella valutazione di un nuovo strumento. La sua vocazione internazionale, multidisciplinare e collegata al mondo accademico hanno rappresentato una fonte di arricchimento e stimolo. Le vere fondamenta di questo solido rapporto sono, infine, la competenza e la disponibilità dei tecnici. 7. Che prospettive intravede per i codici di calcolo in relazione alle sfide poste dal futuro? Affrontare problemi sempre più complessi minimizzando l’impegno per conoscere lo strumento, permettendo così di concentrarsi sul problema ovvero su ciò che sta prima e dopo l’analisi. Rendere più intuitiva la modifica geometrica in ottica di ottimizzazione (es.: mesh morphing). Permettere una personalizzazione e interazione più fluida e robusta (soprattutto in termini di passaggio di versione) con altri software. 8. Quali progetti, obiettivi e nuovi traguardi intende perseguire grazie all’uso di questi strumenti? Ridurre i tempi del time to market con un prodotto ottimizzato che azzeri i costi dell’ aftersale. Per avvicinarsi a questo traguardo “ideale” i nostri sforzi si orienteranno alla simulazione di processo e a personalizzazioni sempre più spinte. La prima è per considerare la disomogeneità del materiale in termini di resistenza e sollecitazioni residue, le seconde consentono l’applicazione efficace di procedure di qualità. 9. E cosa si auspica per il mondo della tecnologia scientifica alla continua ricerca di una dimensione tra creatività e competitività? Per essere credibile la tecnologia virtuale deve essere confrontata efficacemente con la realtà. Al momento i vari software sono carenti in quanto a tool dedicati al confronto con dati sperimentali. In campo strutturale, ad esempio, attualmente è molto laborioso confrontare un valore estensimetrico con il dato virtuale. Questo atteggiamento “tradisce” una certa propensione all’autoreferenzialità o alla “paura” del confronto sperimentale, alimentando un fondo di scetticismo e “allontanando” l’analista da chi, in azienda o fuori, ha un

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CAE Seminars in Japan, “CDAJ Numerical Analysis Academy” CD-adapco JAPAN Co.,LTD. (CDAJ) is one of the most successful CAE companies in Japan with its sophisticated engineering expertise and services. The company’s software portfolio comprises more than 20 different CAE tools. CDAJ’s diverse offer is underlined by numerous success stories and testimonials from satisfied customers and software users in the automotive, precision, energy, heavy and home appliances industries. In addition, modeFRONTIER, the state-of-the-art software for multi-objective and multi-disciplinary robust design optimization, adds further value and reputation to CDAJ’s expertise as a partner to industry, research and the academia. It was in 2001 when CDAJ started sales activities and support services which the management regarded, from the beginning, as indispensable to promote modeFRONTIER as the key solution for optimization on the Japanese market. In this context, CDAJ hosts unique CAE Training Courses named “CDAJ Numerical Analysis Academy”. Their primary objective is to support customers and modeFRONTIER Users to comprehend the latest CDAJ conducts regular modeFRONTIER application knowledge, from Seminars in Japan basic theory to hands-on usage. The CAE Courses are based on CDAJ’s many years of experiences and customer feedback. The Training Program comprises a wide range of courses targeted at all customers, from “numerical analysis” beginners to advanced users. In 2011, the CDAJ Numerical Analysis Academy offers 11 theoretical courses, 40 practical courses and 21 training courses. The theoretical courses are designed to teach the principles and knowledge of fluid dynamics, structural analysis, optimization, certification standards etc. Practical courses provide hands-on training, demonstrations, latest technical information and customer case studies for each software tool. The training courses include technical learning/transfer and lessons on systematic educational consulting. For optimization problems, one of CDAJ’s key expertise areas, there are 2 theoretical courses: the “optimization basic” seminar and the “multi-objective robust design optimization basic” seminar. These courses have gained an excellent reputation from attendees because of their straight forward explanations on the necessary knowledge for practical business. 2 practical seminars “Your first modeFRONTIER” seminar (*) and the “Mastering mode FRONTIER” seminar(*) are provided online. Naturally, this helps the students to learn easily whenever they have time available. The seminar duration is between 1,5 to 2 hours, the programs are divided into 10 to 20 minutes sessions. During the specified days, the participants can listen at any time, as many times as they want, wherever they like. Apart from the advantage to be able to avoid traveling, CDAJ’s online seminars also offer flexibility in terms of time, i.e. participants can listen for half an hour on each of the 3 days

after coming home from work. *These seminars will be modified or changed as of October 2011. Here is the interview which I had the pleasure to conduct with Ms. Kimiko Nakai, the marketing manager of CDAJ. Please can you tell us more about the usage of modeFRONTIER in Japan? The technology is used in many companies, especially within the automotive and electronics industries. We have noticed that the optimization technology has become quite common in the manufacturing industries in Japan. We see more and more companies not only executing the automation and optimization, but also using the post processing functionality of data mining, to reveal the relationship between each parameter and to utilize it for their R&D and design. When you define the agenda for a modeFRONTIER seminar which requires the coupling with other software tools, what points are you taking into account? There are two key points. The first one is to introduce practical coupling methods for each application to lower the threshold of optimization analysis focusing primarily on “usable for real scenarios”. The second point is to explain that much more information can be gained from the post processing functionality of data mining. Based on these 2 points, we create the seminars. Our primary goal always is that an effective optimization tool can be understood by a growing number of people. What kind of feedback do you get from the attendees? We received the following recent comments. “The content of the seminar is easy to understand because the difficult theory is kept to a minimum while the agenda focuses on the necessary knowledge used in real business.”, “Well balanced explanations for basic to advanced cases are provided.”, “I am very satisfied with the information which explains ”why optimization” and “what is optimization”.” Please tell us about your vision and future plans for the “CDAJ Numerical Analysis Academy” In the past 4 years since October 2007, all seminars have been continuously modified and improved following the progress of the CAE software and new themes of interest. We will do our very best to continuously refine our seminars, their contents and management, to deliver highest quality technical information to the modeFRONTIER Users in Japan. This article has been written in collaboration with CD-adapco JAPAN Co.,LTD. URL (Japanese): Akiko Kondoh, Consultant for EnginSoft in Japan

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和 “WA”


- Exploring the True Meaning

“WA” is one of the most important words to describe Japanese culture and spirit. The KANJI of WA is used when we speak about and wish to connect with some of the fundamental ideas of Japanese culture, such as WAFU, which stands for Japanese style and WASHOKU, which means Japanese food. At the same time, the KANJI of WA also has the meaning of harmony or collaboration and teamwork between people. In the preamble of the first Japanese Constitution, which was established more than 1400 years ago, it states “WA is of the highest importance”. The spirit to respect WA has been inherited from generation to generation. Today it still lives in our hearts and in our unconscious - changing slowly with the times.

been available to the victims of the disaster more efficiently. Despite the fact that a large amount of donations and goods were sent from inside and outside of Japan, the complicated procedure of notifying and communicating with the people who suffer has delayed the distribution of the donations. Strangely enough, there is another negative effect of bureaucracy that some goods have not been distributed yet because the exact numbers required did not exactly match the demographic.

Fig. 1 - “An expression of the circle of the heart”. The simple circle expresses birth of new life, an encounter, and the last sleep. This reflects the spirit of WA.*

There was something else that impressed me about the revival of WA. It was a support project for the disaster victims named "Project Fumbaro Eastern Japan (Fumbaro)”. Fumbaro was not initiated by the Federal government, nor by a local government, a company or a volunteer group, this project was shaped by Mr. Takeo Saijo, a University lecturer. In fact, Mr Saijo gathered followers on Twitter much faster than expected. As of July 2011, the organization has about 1000 supporting staff based on discussions in a virtual space on the web without any physical meetings. Mr.Saijo says “Everyone had an undirected vector and was looking for someone and some way to collaborate and to help.” Many of us wished to do something for the disaster victims, but we simply did not know what to do. Mr.Saijo showed many people a methodology through the new-fashioned Twitter communication tool by guiding people’s vectors with strong will for victim support in the right direction, in the right moment.

The catastrophe of March 2011 awakened my awareness of WA again. The enormous destructions caused by an unprecedented mixture of great disasters created massive confusion among the people in the affected areas. Our recovery has not progressed as fast as we had hoped, even months after the catastrophe we are still struggling. Moreover, one of the world’s most severe nuclear accidents, the radiation leak in the Fukushima plant, has led to several serious problems. The accident and its longterm consequences is a permanent anxiety to our nation. However, we are optimistic because the spirit of WA is still strongly alive in our hearts. The complexity of the philosophy of WA is not always fully comprehended in these troubled times. Indeed, many Japanese began to believe that WA is something rather negative, like not being assertive, avoiding dispute and conflict, settling everything peacefully. This misunderstanding has created a mentality of not saying things directly and feeling more comfortable when following the crowd. For some people, it became more convenient to put the organization before the purpose and the procedure above the execution. Sadly, this attitude has retarded the help that should have

However, it now seems that the great disaster which is far beyond our imagination, reawakened the essential WA spirit deep inside of many Japanese people. The WA advocated more than 1400 years ago, has no negative emotions at all; it actually means “Each person’s ability is very small. But if we understand, respect and talk with each other, all problems can be solved.” In a short simple phrase, it emphasizes the importance of teamwork and community effort. After the disaster, not only the government and volunteer groups, also individuals and companies did everything they could to support the people in need. It was as if Japan had formed one team. In a way it was like WA, which had become less prominent in our peaceful and prosperous society, was born again in our hearts and minds and thus was given a new lease of life.

One of the activities provided by Fumbaro is a matching system to send the right amount of necessary goods to exactly where they are needed. Fumbaro’s system itself and its web site are most simple and easy to understand compared to many other goods matching systems provided now. The information about the needs of the disaster victims is gathered either by phone interviews or by face to face meetings with the

42 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 volunteer staff of Fumbaro. All this information is listed up on the project web site. In this way, we can see a list of various different goods which are needed at the more than 1500 registered shelters and depots. The list is changing and evolving day by day; it is updated regularly. We can always see the latest situation. Anybody who wants to help can access this web site at any time, search the goods and shelters that he/she wants to donate, and then send the goods directly to the address provided by the Fumbaro staff. As Amazon participates in this support project, we can send the goods directly via Amazon through the internet. Using this support system, we can be sure that the goods are sent to the right person in need. Some of these donations are perishable and must be distributed as quickly as possible. This requires that the supporters and the people in need must connect directly. We can enclose a note with the shipment which makes it all more personal.

maximize their abilities.” It is the “teamwork” of the Fumbaro team and of the supporters of the project, and also the “teamwork” among the people in need who distribute the goods to neighbors. I believe that this attitude and dedication reflects the true intent of WA which has sustained Japan for many years. It was in July this year, when I was thinking about all this, about the past and current circumstances and about WA, when we received many good news about how strong the support and teamwork among people is. It was also at this time when we heard about the Japanese Women’s Football Team winning the World Cup match in Germany. People were surprised to see that the Japanese team managed to beat many other wellestablished teams. The Japanese players never gave up. If the other team scored early, the Japanese remained focused, patient, attentive, until they finally made another goal when the moment was right. It was this attitude and dedication, the teamwork of the players, and their skills of course which enabled them to win the World Cup. It had not been an easy season for the team; in fact, they had to do their training in different places after the disaster. Many of us in Japan were deeply impressed, especially by the scene when the Japanese team raised the trophy under the gold confetti rain, giving a ray of light to their home country, which has been tossed up and down by the great disasters. There is no big star player in the spotlight of the Women’s Team, yet their teamwork was remarkably strong.

Fig. 2 - The Fumbaro web site

Fumbaro offers a range of individual projects to provide essential support to the areas that were hit by the Tsunami and the nuclear accident. Activities include the sending of electronic appliances, support to obtain heavy equipment licenses, and providing Geiger counters to protect the children in Fukushima. These projects are all executed following thorough discussions and through the support of the Fumbaro staff and their specific knowledge in diverse areas. Some may think that this approach is over innovative in view of our culture. In fact, it would not have been possible to realize it in the old Japanese system which always emphasizes the organization, going through many procedures, and the belief to must have obtained everyone’s approval (Red Tape). Fumbaro offers a system that allows anybody who wants to help to do so and in this way, support people who are in trouble. There are no requirements for specific conditions to be approved, certifications or procedures to be followed, as all this would only delay or complicate the help for the victims. The Fumbaro system is based on the trust between people who have never seen each other and the feedback from the interviews made by the Fumbaro team. We can see how “People trust each other, shake hands, collaborate and

Fig.3 - Over the Wave If you go through your life believing in the encounter, you will surely meet the person you are searching for. The KANJI (of human) was made from a person’s side figure. *

The disasters of March 11 made us realize that human beings are powerless against nature no matter how much our economy and technology grows. They forced us to understand that we human beings are just members of mother nature’s world. Aspects such as life itself, family, friends and relationships with others, suddenly became more and more important. Thus, it emphasized my conviction that WA, which we Japanese have prized for many years, is the foundation for people living together harmoniously despite many difficulties. WA is also read Nagomi which means feeling at home. Even in a tough situation, holding hands with each other produces Nagomi, which leads to hope. *Fig1 and Fig3 are written by “Sho” artist Ms.Shizu Usami Akiko Kondoh Consultant for EnginSoft in Japan

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TRENDS & CHALLENGES IN COMPUTATIONAL MECHANICS A Conference in Honour of Peter Wriggers’ 60th Birthday In the last years, research in the Computational Mechanics field has flourished and new important progresses have been made. These topics have been discussed on the occasion of the International Conference “Trends & Challenges in Computational Mechanics – TCCM 2011“. The Conference took place in Padua from 12th–14th September, and was dedicated to Professor Peter Wriggers for his 60th birthday. Prof. Peter Wriggers was born in Hamburg and received a degree “cum laude” in 1976, his specialization was in theoretical and numerical mechanics. In December 1980, he was awarded his Ph.D. degree "cum laude". His thesis was titled "Computation on Contact and Impact Problems of Elastic Bodies with the Finite Element Method". For his results, he received the Christian-Kuhlemann grant in 1981. In the years 1983/84 and 1988, Prof. Wriggers visited Prof. Robert L. Taylor at the University of California in Berkeley, where an important collaboration with the talented Juan Simo started which soon turned into a good friendship. In 1988 and thanks to his research on linearization techniques, he obtained the authorization for working on non-linear deformation processes. After a while, he published his first successful book on "Nonlinear finite element methods". In 1990, Peter became associate professor at the Darmstadt Technical University. In October 1998, after having refused an offer from the University of Stuttgart, he returned to the University of Hanover as a full Professor, where, in 2008, he became director of the Continuum Mechanics Institute (IKM) at the Mechanical Engineering University. Peter Wriggers is not only a talented researcher with many creative ideas, he is also able to successfully plan and orient his research activities thanks to his great charisma. His

extraordinary results in various teaching activities and the successful completion of several national and international research projects earned him a leading position in the computational mechanics field. Prof. Wriggers is known as a leading scientist, thanks to his 12 monographs as author and co-author and his 175 publications. Moreover, he is actively involved in diverse conferences, presents keynote speeches at scientific conferences and supports important decisional bodies for research funding. He is the publisher of the magazine “Computational Mechanics” and member of the Editorial Boards of 15 international magazines in the field. The Conference in his honor - TCCM 2011 – is a “Special Interest Conference” of the International Association ECCOMAS - European Community on Computational Methods in Applied Sciences. This event, meant as an international forum for scientists and researchers, was an occasion to meet the most eminent researchers at global level. Participants had the opportunity to present and explain the most modern computational technologies, outlining a defined situation of the current trends in research.

44 - Newsletter EnginSoft Year 8 n°3 The International Scientific Committee of thirty talented scientists from leading universities from around the world, selected 58 contributions for the program. These papers were organized in 10 sessions on specific topics in the computational sector: fluid-dynamics, bio-mechanics, multi-scale methods, composite materials, contact mechanics, fracture mechanics, from materials science to micromechanics, to phase transformations and multi-body problems, etc. The two high-level keynote speakers of the conference have a relevant role in the academic life of Prof. Wriggers: Prof. Erwin Stein from the University of Hannover and Prof. Robert Taylor from the University of Berkeley. Prof. Giorgio Zavarise of the Department of Construction Science at the Faculty of Engineering of the University of Salento was the Chairman and in charge of the event organization. The collaborators of Prof. Zavarise were Prof. Stefanie Reese from the RWTH University in Aachen (Germany), as the Co-Chairman; Prof. Laura De Lorenzis from the University of Salento, who was responsible for the scientific secretariat; and Prof. Bernhard Schrefler and his collaborators, the engineers Daniela Boso and Lorenzo Sanavia from the University of Padua, who coordinated the local organization. The sponsors of the event were the bank “Banca Monte dei Paschi di Siena”, the University of Salento, EnginSoft SpA and the Department of Innovation Engineering of the University of Salento.

The Conference was held in the “Palazzo del Bò” (Bò Palace), the historical headquarter of the Rectorate of the

University of Padua. With its history of eight centuries, it is one of the most ancient buildings in Europe. The historical building unifies important elements of the Italian academic history, such as the ancient anatomic theatre (1594), the “Sala dei Quaranta” (Room of Forties), with frescoes of illustrious foreign students, and with Galileo’s desk; the Aula Magna with its aristocratic coats of arms and a magnificent frescoed ceiling. The Conference started with warm welcome greetings from: the Prorector of the University of Padua, Prof. Francesco Gnesotto; the two Chairmen and the director of the Local Organizing Committee, Prof. Bernhard Schrefler. The three days of the event saw contributions from several experts who are known at global level; experts of the sector, as well as young researchers and Ph.D. candidates from all over the world. 70 attendees from the USA, Canada, Brazil, Germany, the United Kingdom, France, Japan, Poland, Sweden, Serbia, Czech Republic, Spain, Austria, Slovenia, Russia, Italy and other countries, gave a comprehensive outlook on the most recent research activities in the frame of a program of high scientific content.

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12th International Summer School on “Light Alloys Castings: from Innovative Design to Advanced Applications” Vicenza, Italy, 25th-29th July 2011 In the last week of July, the Summer School “Light Alloys Castings: from Innovative Design to Advanced Applications” took place at the Department of Management and Engineering (DTG “TECNICA e GESTIONE DEI SISTEMI INDUSTRIALI ”), a spin-off department of the University of Padua in Vicenza. The one-week intensive course focused on various challenges in the manufacture of light alloy components for the transportation sectors, e.g. innovative design of castings, metallurgy of aluminum and magnesium alloys, conventional and innovative foundry technologies, numerical simulation of processes, and advanced applications for cast components. The program of the Summer School was coordinated, for the first time, by a “circle” of experts from the University of Trondheim and the Worcester Polytechnic. These two academic institutions had also initiated and organized the Summer School years ago in its starting phase. During the Summer School, some results from qualified research projects, which had been

The Summer School attendees

coordinated by the main speakers, were presented. In this context, also the findings from the EU NADIA research project (New Automotive Components Designed for and Manufactured by Intelligent Processing of Light Alloys, Contract n. 02656-2, 2006-2010) were presented. 26 partners participated in this project which was coordinated by EnginSoft. The 12th edition of the Summer School was characterized by interdisciplinarity and multi-topic integration, and offered the following sessions: Introduction & Basics, Modeling & Alloy Systems, Metallurgical Control of Microstructure, Conventional

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Seminario sulla Tomografia Computerizzata Overall evaluation of the Summer School

Processing, Innovative Processing, Defects & Process Simulation, Modeling & Design, Advanced Castings. 16 teachers conducted the different sessions of the Summer School: Diran Apelian (MPI, Worcester Polytechnic Institute, USA) Lars Arnberg (NTNU, University of Trondheim, Norway) Franco Bonollo (DTG, University of Padua, Italy) Alberto Bruni (Automobili Lamborghini S.p.A) Arne Dahle (University of Queensland, Australia) Paolo Ferro (DTG, University of Padua, Italy) Alois Franke (Aluminium Rheinfelden, Germany) Nicola Gramegna (EnginSoft, Padua, Italy) Lindsay Greer (Cambridge University, UK) Karl Kainer (GKSS Forschungszentrum Geesthacht, Germany) Lothar Kallien (GTA, University of Aalen, Germany) John Jorstad (JLJ Technologies, USA) Claudio Mus (Consultant, Aosta, Italy) Rodney Riek (Harley Davidson) Giulio Timelli (DTG, University of Padua, Italy) David Weiss (Eck Industries, USA) The 58 attendees traveled from 10 countries to Vincenza. The DTG Department of Management and Engineering had the pleasure to welcome: • 16 teachers/lecturers; • 16 Ph.D. candidates (from 13 Universities); • 21 representatives from companies and universities; • 5 degree candidates.

Il 4 luglio presso il Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali dell’Università di Padova, sede di Vicenza, il primo seminario dedicato alla Tomografia Industriale Computerizzata, per presentare alle aziende del territorio un’innovativa tecnica di indagine, applicata ai prodotti industriali, che promette di diventare nei prossimi anni una tecnologia indispensabile in ambito di R&D e di ottimizzazione di processi industriali. La tomografia computerizzata è una tecnica basata su tecnologia di indagine radiografica, che consente di ricostruire l’intero volume di un oggetto sottoposto a scansione. L’irraggiamento del campione è realizzato mediante una radiazione X che attraversa il materiale da analizzare e viene raccolta da un detector digitale situato all’estremità opposta della camera, rispetto alla sorgente della radiazione stessa (fig. 1). Il campione subisce una rotazione completa attorno all’asse z e viene pertanto irraggiato da molteplici angolazioni, per ognuna delle quali viene acquisita un’immagine radiografica. L’insieme delle radiografie viene elaborato con un opportuno algoritmo di ricostruzione, capace di restituire il volume del campione combinando tra loro le diverse immagini. L’intensità della radiazione X che viene raccolta dal detector subisce un’attenuazione dipendente dalla densità del materiale e dallo spessore attraversato; esistono pertanto delle limitazioni legate al tipo di materiale analizzabile e alle dimensioni massime dell’oggetto scansionato (fig. 2). In particolare i materiali polimerici non presentano limitazioni di sorta, mentre per quanto riguarda le leghe leggere è possibile attraversare spessori fino a circa 150 mm. Le leghe ferrose invece non consentono l’attraversamento di spessori superiori a 30 mm.

The program maintained a clear balance between theoretical-academic and practical industrial applications. The Summer School was made a success by teachers and attendees and its excellent agenda of in-depth studies and hands-on workshops on specific problems in the field. The quality of the teaching and the program of the 12th International Summer School is also reflected in the satisfactory level: 54% of the attendees rated the Summer School as “excellent”.

Fig. 1 - Cosa è la CT

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tomografia 3D del prototipo, permette il calcolo sul modello geometrico reale considerando inoltre le locali proprietà meccaniche del materiale e l’eventuale opportuna riduzione delle prestazioni in presenza di difetti o altre anomalie metallurgiche. Chiaramente questo metodo consente una realistica indagine strutturale, vibrazionale e resistenza a fatica.

Fig. 2 - Modello multi materiale esploso da CT

Il vantaggio della tecnica risiede nella possibilità di osservare le condizioni di assemblaggio di componenti complessi, senza sezionamenti né operazioni di smontaggio del prodotto, studiare la forma, distribuzione e localizzazione della difettosità interna e della porosità in prodotti di fonderia e pressocolata (fig. 3), superando il limite intrinseco della radiografia convenzionale, che trasforma un volume in una sua rappresentazione bidimensionale. Con la CT invece diventa possibile sezionare virtualmente il campione con uno o più piani opportunamente orientati, isolare le sezioni di interesse senza la presenza fuorviante di dettagli appartenenti ad altre zone del pezzo, valutare tridimensionalmente i difetti del materiale e/o costruttivi, osservandoli da diverse angolazioni e localizzandoli con precisione all’interno del componente. La CT quindi si appresta a diventare uno strumento altamente tecnologico e di indubbia utilità in fase di sviluppo e ottimizzazione di processo e di prodotto, affiancandosi a tecniche ormai consolidate, come la radiografia convenzionale e la metallografia, e a tecniche di simulazione numerica. Integrazione della tomografia computerizzata con simulazione numerica Il binomio Simulazione Numerica e Tomografia Computerizzata trova prevalentemente applicazione in fase di verifica del prototipo. Ad ogni modo, in fase di progettazione e/o re-ingegnerizzazione di prodotto, l’adozione di un modello CAD proveniente dalla realtà, cioè dalla

In fase di collaudo e/o verifica, la presenza e dimensione dei difetti, identificati senza prove distruttive tramite CT su base statistica, conferma la stabilità del processo manifatturiero, come previsto dalla simulazione. In particolare, il modello del pezzo con la presenza di difetti o inclusioni, può essere esportato in formato STL e sovrapposto al modello di simulazione. Viceversa, in previsione di assenza di difetti da parte del processo ottimizzato con la simulazione, la CT agevola la conferma di buona qualità con una analisi sui primi campioni prodotti. Inoltre la misura del pezzo deformato, con approccio di reverse engineering, permette la generazione del modello 3D per un opportuno confronto fra la deformata reale e quella prevista a calcolo (tensioni e deformazioni residue), tanto quanto con il progetto CAD originario e consente di valutare il rispetto delle tolleranze geometriche e dimensionali; l’elemento di innovazione, rispetto alle metodologie tradizionali - laser scanner, interferometria, fotogrammetria - utilizzate per il reverse di pezzi deformati, consiste nel fatto che la tomografia è in grado di ricostruire anche le superfici interne al pezzo (cavità realizzate con anime in fonderia, fori profondi, componenti realizzati con semigusci accoppiati, ecc.) fornendo una ricostruzione completa e veritiera di un componente, ancorchè complesso. Nel caso di multi-materiale e movimenti interni al prodotto, i modelli dedotti con la CT si possono confrontare con quanto previsto da una analisi multi-body ed avvalorare che l’assemblaggio e le eventuali interferenze non disturbino il cinematismo.

Fig. 3 - Rappresentazione dei difetti in un pressocolato e corrispondente simulazione

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EnginSoft Event Calendar ITALY EnginSoft is pleased to announce the next Seminars and Webinars. For more information, please contact: Please visit (Events) 20-21 October - EnginSoft International Conference 2011. CAE Technologies for Industry and ANSYS Italian Conference Fiera Verona. Please stay tuned to for Italy’s premier conference on Engineering Simulation and one of the most important events of its kind globally! The conference program will feature applications of CAE in: mechanics, industrial applications, structural engineering, optimization, manufacturing process simulation, computational fluid dynamics, emerging technologies, durability and fatigue, rapid and impact dynamics, CAD/CAE integration, ... 20 October - WORKSHOP: ECO-BUILDING: le tecnologie CAE a supporto della progettazione integrata di edifici sostenibili... anche nei costi (Fiera Verona). 21 October - SEMINARIO: La progettazione delle strutture in materiale composito (Fiera Verona) GERMANY 15-16 November - NAFEMS European Conference: Simulation Process and Data Management (SDM) Munich. Meet the EnginSoft Team and discuss our presentation on: “Methodology and Validation for Bidirectional, Homogeneous Simulation Data Flow Management in a Fluid-Structure Interaction Problem Utilizing Workfow Management and Shape Deformation Tools”. 19 - 21 October - ANSYS Conference & 29th CADFEM Users’ Meeting. ICS Internationales Congresscenter Stuttgart Meet our team at the EnginSoft booth in the exhibition! 20th October, 9:30am: Taylor Newill, EnginSoft GmbH will be presenting: “High Speed Train Aerodynamic Shape Optimization Methodology and Framework Comparison“. To arrange an appointment in advance, please contact: For more information about the conference:

4 - 6 October - 2nd International Conference on Computational Engineering, ICCE Darmstadium, Schlossgraben 1, 64283 Darmstadt Meet us in Darmstadt, to discuss your key areas of interest and our presentation: “Framework for Morphological Optimization of an Aircraft Using Multi-Objective Optimization Techniques and the Application of Tensorial Bezier Volume Control Croups“ by Taylor Newill, EnginSoft GmbH. To arrange an appointment in advance, please contact: For more information about the conference: modeFRONTIER Workshops 2011. EnginSoft GmbH, Frankfurt am Main. Attend our regular Webinars to learn more on how design optimization with modeFRONTIER can enhance your product development processes! Seminars Process Product Integration. EnginSoft GmbH, Frankfurt am Main. How to innovate and improve your production processes! Seminars hosted by EnginSoft Germany and EnginSoft Italy. Please stay tuned to: FRANCE EnginSoft France 2011 Journées porte ouverte dans nos locaux à Paris et dans d’autres villes de France, en collaboration avec nos partenaires. Pour plus d'information visitez:, contactez: 12 October - User Group Meeting modeFRONTIER France Paris. 13 October - User Group Meeting Flowmaster France. Paris SPAIN APERIO Tecnología en Ingeniería. Programa de cursos de modeFRONTIER and other local events. To enquire about the next events in Spain and for more information, please contact: Stay tuned to: SWEDEN 2011 Training Courses on modeFRONTIER - Drive your designs from good to GREAT EnginSoft Nordic office in Lund, Sweden The Training Courses are focused on optimization, both multi-

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and single-objective, process automation and interpretation of results. Participants will learn different optimization strategies in order to complete a project within a specified time and simulation budget. Other topics, such as design of experiments, meta modeling and robust design are introduced as well. The two day training consists of a mix of theoretical sessions and workshops. • 2-3 November • 1-2 December To discuss your needs, for more information and to register, please contact EnginSoft Nordic, UK The workshops are designed to give delegates a good appreciation of the functionality, application and benefits of modeFRONTIER. The workshops include an informal blend of presentation plus ‘hands-on’ examples with the objective of enabling delegates to be confident to evaluate modeFRONTIER for their applications using a trial license at no cost.


MATFEM Seminars 2011/2012 Introductory and advanced courses for the FEM user material model MF GenYld + CrachFEM Version 4.0 of MATFEM’s comprehensive material model MF GenYld + CrachFEM has just been released. The material model can be coupled to a variety of commercial FE codes with explicit time integration. It is designed to be modular and extensible. • MF GenYld covers the elasto-plastic behaviour of metals and polymers with great flexibility in yield loci, flow rules and hardening. • CrachFEM allows for the prediction of localised necking in sheet metals and provides different fracture criteria for metals and polymers. These physical failure criteria afford the predictive simulation of technical structures.

modeFRONTIER Workshops. Warwick Digital Laboratory, Warwick University • 22 November • 14 December modeFRONTIER Workshops Warwick Digital Laboratory • 13 October




Please register for free on Multi-Disciplinary Optimisation Training Course International Digital Lab, Warwick University To enquire about the next dates of the above events and for more information, please contact: Mr. Bipin Patel, 9-11 November – WaPUG. Blackpool. Meet EnginSoft UK to discuss your needs with our experts! USA Courses and Webinars on Design Optimization with modeFRONTIER. Sunnyvale, CA For more information, please contact: EUROPE, VARIOUS LOCATIONS modeFRONTIER Academic Training Please note: These Courses are for Academic users only. The Courses provide Academic Specialists with the fastest route to being fully proficient and productive in the use of modeFRONTIER for their research activities. The courses combine modeFRONTIER Fundamentals and Advanced Optimization Techniques. For more information please contact: modeFRONTIER University Program,

The material models offer a large variety of functions. They require a sound theoretical background before they may be used productively. The seminars on these models should help users to apply the material model efficiently. The seminars are mainly theoretical, but examples are shown and worked out at the computer. Discussions with the lecturer conclude the courses and allow participants to address their questions and needs. The next seminars have been scheduled from October 2011 – May 2012. For more information on the exact dates, the content, and to register, please contact:

MATFEM Nederlingerstrasse 1 D-80638 München, Germany Mr Martin Oehm Tel. +49 (0) 89 15 98 97 95.




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