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Year 9 n째 1 Spring 2012

ANSALDO NUCLEARE

EnginSoft and Brembana Costruzioni Industriali, Partners for the Conceptual Design of a Modular Cryostat for LBNE Liquid Argon TPC

Analysis of the Sloshing of a Large Tank with Fukushima Daiichi Seismic Excitations

Multi-Objective Optimization of Electromagnetic Devices Integrating modeFRONTIER with ANSYS Maxwell

INDESIT: Optimization of a Fridge Packaging

Optimization of Process Parameters for Aluminum Longitudinal Friction Stir Welded Joints

Die Casting Optimization Really Assists with Scrap Reduction Genetic Algorithms in the Optimization of Cable Systems

ANSYS Release 14 Realize Your Product Promise


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Flash The spring season brings fresh opportunities to the simulation-based engineering and sciences communities around the globe. EnginSoft and the Editorial Team are proud to present an excerpt from the numerous progresses and the innovations that evolve in our fields, in this 1st 2012 Edition of the Newsletter. We hear how EnginSoft and Brembana Costruzioni Industriali collaborate to create the design of a large vacuum insulated cryostat. In this context, we also learn about FERMILAB in Chicago and the Long Baseline Neutrino Experiment. Ansaldo Nucleare and the University of Pisa demonstrate how engineering analysis with ANSYS can contribute to the improved safety of a nuclear reactor.

Optimization remains a principal topic in CAE that we cover with articles on the optimized packaging of an INDESIT refrigerator and the advancements achieved for the Ferroli products. Beyond that, we will see how modeFRONTIER’s genetic algorithm has been applied to the structural optimization of a Geiger Dome. We hear why Israel Aerospace Industries (IAI) counts on optimization for applications ranging from wing sizing to business plans. The University of the Witwaters in South Africa tells us about the Friction Stir Welding (FSW) technique, and ESTECO illustrates the integration of modeFRONTIER with ANSYS Maxwell. In our interview, Antonio Agresta from the Automotive Group of Continental AG shares his thoughts on innovations for a mobile automotive future. Our software news report on the latest releases of the ANSYS product family, Flowmaster and MAGMAsoft. We inform our readers about the FP7 European Project FIRST and EnginSoft’s contribution to this important initiative. After all, FIRST is dedicated to an ambitious aim of the EU, becoming the uncontested world leader in aeronautics by 2020. Our Newsletter conveys many news on events throughout Europe, the USA and Japan, please reserve time in your diary for the core event of the EnginSoft Network in 2012: the EnginSoft CAE Conference, 22-23 October. Our Conference Announcement will reach you shortly. Be inspired about Simulation and CAE – Be our guest in beautiful Italy this year!

Stefano Odorizzi Editor in chief

Ing. Stefano Odorizzi EnginSoft CEO and President


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Sommario - Contents CASE STUDIES

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Analysis of the Sloshing of a Large Tank with Fukushima Daiichi Seismic Excitations Indesit Company - Ottimizzazione dell’imballo di un frigorifero EnginSoft e Brembana Costruzioni industriali, partner per la progettazione concettuale di un criostato modulare per LBNE liquid argon TPC Riduzione degli scarti grazie all’ottimizzazione del processo di pressocolata Multi-Objective Optimization of Electromagnetic Devices Integrating modeFRONTIER with ANSYS Maxwell Optimization of Process Parameters for Aluminum Longitudinal Friction Stir Welded Joints Genetic Algorithms in the Optimization of Cable Systems Simulation Technologies for Prevention of Natural Disasters From Napoleon to LIONsolver

SOFTWARE NEWS

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ANSYS CFD 14 ANSYS 14 Mechanical ANSYS EKM 14, nuova release, nuove feature Flowmaster V7.9: New Two-Phase Capabilities La nuova release MAGMA 5.2

INTERVIEWS

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The Automotive Group of Continental AG - Innovations for a Mobile Automotive Future

RESEARCH & TECHNOLOGY TRANSFER

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EnginSoft Contributes to the Reduction of Combustion Emissions in Civil Aviation as Partner of the FP7 European Project FIRST EUCOORD will make the Coordination of EU Research Projects extremely easy

SUCCESS STORIES

54

ASFO SpA: Rolling into the Future

The EnginSoft Newsletter editions contain references to the following products which are trademarks or registered trademarks of their respective owners: ANSYS, ANSYS Workbench, AUTODYN, CFX, FLUENT and any and all ANSYS, Inc. brand, product, service and feature names, logos and slogans are registered trademarks or trademarks of ANSYS, Inc. or its subsidiaries in the United States or other countries. [ICEM CFD is a trademark used by ANSYS, Inc. under license]. (www.ansys.com) modeFRONTIER is a trademark of ESTECO srl (www.esteco.com) Flowmaster is a registered trademark of Mentor Graphics Corporation. (www.mentor.com) MAGMASOFT is a trademark of MAGMA GmbH. (www.magmasoft.de)

ESAComp is a trademark of Componeering Inc. (www.componeering.com) Forge and Coldform are trademarks of Transvalor S.A. (www.transvalor.com) LS-DYNA is a trademark of Livermore Software Technology Corporation. (www.lstc.com) SCULPTOR is a trademark of Optimal Solutions Software, LLC (www.optimalsolutions.us) LIONsolver is a product of Reactive Search SrL, a partner of EnginSoft (www.grapheur.com) Grapheur is a product of Reactive Search SrL, a partner of EnginSoft (www.grapheur.com) For more information, please contact the Editorial Team


Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 -

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Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 - Spring 2012 EVENTS

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History and Applications of modeFRONTIER at Israel Aerospace Industries EnginSoft GmbH Presents Methodology for Bidirectional Simulation Data Flow Management at NAFEMS

To receive a free copy of the next EnginSoft Newsletters, please contact our Marketing office at: newsletter@enginsoft.it All pictures are protected by copyright. Any reproduction of these pictures in any media and by any means is forbidden unless written authorization by EnginSoft has been obtained beforehand. ©Copyright EnginSoft Newsletter.

Advertisement CORPORATE NEWS

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EnginSoft protagonista all’“ANSYS 2012 Worldwide Sales Conference” EnginSoft presente al programma POR CReO 2007-2013 EnginSoft ottiene la certificazione ambientale nella sede di Mesagne (BR) EnginSoft Event Calendar

PAGE 10: INDESIT COMPANY OTTIMIZZAZIONE DELL’IMBALLO DI UN FRIGORIFERO

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EnginSoft S.p.A. 24126 BERGAMO c/o Parco Scientifico Tecnologico Kilometro Rosso - Edificio A1, Via Stezzano 87 Tel. +39 035 368711 • Fax +39 0461 979215 50127 FIRENZE Via Panciatichi, 40 Tel. +39 055 4376113 • Fax +39 0461 979216 35129 PADOVA Via Giambellino, 7 Tel. +39 049 7705311 • Fax +39 0461 979217 72023 MESAGNE (BRINDISI) Via A. Murri, 2 - Z.I. Tel. +39 0831 730194 • Fax +39 0461 979224 38123 TRENTO fraz. Mattarello - Via della Stazione, 27 Tel. +39 0461 915391 • Fax +39 0461 979201 10133 TORINO Corso Moncalieri, 223 Tel. +39 011 3473987 • Fax +39 011 3473987 www.enginsoft.it - www.enginsoft.com e-mail: info@enginsoft.it

COMPANY INTERESTS

PAGE 14: CRIOSTATO MODULARE PER LBNE LIQUID ARGON TPC: PROGETTAZIONE CONCETTUALE

EnginSoft GmbH - Germany EnginSoft UK - United Kingdom EnginSoft France - France EnginSoft Nordic - Sweden Aperio Tecnologia en Ingenieria - Spain www.enginsoft.com Cascade Technologies www.cascadetechnologies.com Reactive Search www.reactive-search.com SimNumerica www.simnumerica.it M3E Mathematical Methods and Models for Engineering www.m3eweb.it

ASSOCIATION INTERESTS NAFEMS International www.nafems.it • www.nafems.org TechNet Alliance www.technet-alliance.com RESPONSIBLE DIRECTOR Stefano Odorizzi - newsletter@enginsoft.it

PAGE 6: ANALYSIS OF THE SLOSHING OF A LARGE TANK WITH FUKUSHIMA SEISMIC EXCITATIONS

PRINTING Grafiche Dal Piaz - Trento The EnginSoft NEWSLETTER is a quarterly magazine published by EnginSoft SpA

Autorizzazione del Tribunale di Trento n° 1353 RS di data 2/4/2008

ESTECO srl www.esteco.com CONSORZIO TCN www.consorziotcn.it • www.improve.it


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Analysis of the Sloshing of a Large Tank with Fukushima Daiichi Seismic Excitations The Westinghouse AP1000 nuclear reactor design is a pressurized water reactor with a power rating of 3415 MWt and an electrical output of at least 1000 MWe. The AP1000 design contains a variety of engineering and operational improvements providing additional

Fig. 1 - Logical layout of the In-containment Refueling Water Storage Tank (IRWST). The two spargers are used to vent steam into the tank. The IRWST provides the heat sink for the Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX).

Fig. 2 - Physical layout of the horizontal (lateral) and horizontal overflow vents, of the Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX).

safety margins and addresses the U.S. NRC severe accident, safety goal, and standardization policy statements. The most significant improvement of the AP1000 with respect to the previous generation is the use of safety systems that employ passive means such as gravity, natural circulation, condensation and evaporation, and stored energy for accident mitigation. These passive safety systems perform safety injection, residual heat removal, and containment cooling functions. Additional safety features of the AP1000 include a larger pressurizer, an in-containment refuelling water storage tank, automatic depressurization system, digital main control room, hermetically-sealed canned reactor coolant pump motors mounted to the steam generator, and increased battery capacity. In addition, the facility is designed for a 60-year life. The AP1000 design provides for multiple levels of defense for accident mitigation (defense-in-depth), resulting in extremely low core damage probabilities while minimizing the occurrences of containment flooding, pressurization, and heat-up. Defense-in-depth is integral to the AP1000 design, with a multitude of individual plant features capable of providing some degree of defense of plant safety. Six aspects of the AP1000 design contribute to defensein-depth: • Stable Operation. In normal operation, the most fundamental level of defense-in-depth ensures that the plant can be operated stably and reliably. • Physical Plant Boundaries. One of the most recognizable aspects of defense-in-depth is the protection of public safety through the physical plant boundaries. Releases of radiation are directly prevented by the fuel cladding, the reactor pressure boundary, and the containment pressure boundary.


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• Passive Safety-Related Systems. The AP1000 safetyfundamental principle of the continuous improvement of related passive systems and equipment are sufficient nuclear safety. to automatically establish and maintain core cooling In addition to the EU-mandated stress tests, ANSALDO and containment integrity for an indefinite period of NUCLEARE SpA has decided to perform an evaluation of time following design basis events assuming the most the response of the In-containment Refueling Water limiting single failure, no operator action and no Storage Tank (a key component of the Westinghouse onsite and offsite ac power sources. AP1000 nuclear reactor) against the water sloshing • Diversity within the Safety-Related Systems. An induced by a Fukushima-Daiichi class seismic excitation. additional level of defense is provided through the diverse mitigation functions within the passive safetyThe objectives of the analysis are to evaluate: related systems. This diversity exists, for example, in • The post-excitation functionality of the Passive the residual heat removal function. The Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX, see The Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX) is the Geometry). Specifically, the key question is whether passive safety-related feature for removing decay heat the Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR during a transient. In case of multiple failures in the HX), will continue to be fully immersed in the water Passive Residual Heat Remover Exchanger,defense-in(therefore not impacting the thermal balance and fundepth is provided by the passive safety injection and ctionality of the device itself). automatic depressurization (passive feed and bleed) • The volume of water leaving/remaining in the In-confunctions of the passive core cooling system. tainment Refueling Water Storage Tank (IRWST, see The • Non-safety Systems. The next level of defense-in-depth Geometry) and the post-excitation level of water. is the availability of certain non-safety systems for • Frequency, amplitude and position of the water wave. reducing the potential for events leading to core The analysis has been performed via two damage. For more probable events, these highly reliable mainstream CFD codes: ANSYS/CFX5 and non-safety systems ANSYS/FLUENT. A specific geometry and mesh was created for these codes of the In-containment automatically actuate to Refueling Water Storage Tank and the same seismic provide a first level of defense excitation was applied. to reduce the likelihood of unnecessary actuation and operation of the safetyThe Geometry related systems. The In-containment Refueling Water Storage • Containing Core Damage. The Tank (IRWST) AP1000 design provides the The In-containment Refueling Water Storage Tank operators with the ability to (IRWST) is a very large concrete pool filled with drain the IRWST water into cold borated water. The main geometric features of the reactor cavity in the event the IRWST are: that the core has uncovered Floor Surface Area: in the range of 250 m2 and is melting. This prevents Fig.3 - Location of the Eastern Honshu Water Volume: in the range of 2100 m3 reactor vessel failure and Earthquake Water Height: in the range of 9 m subsequent relocation of molten core debris into the containment. Retention of the debris in the vessel In nominal conditions, the distance between the water significantly reduces the uncertainty in the assessment level and the ceiling is in the range of 0.5 m. Vents are of containment failure and radioactive release to the provided to discharge steam and water through the roof of environment due to ex-vessel severe accident the IRWST to the containment. These vents must pass phenomena. sufficient steam and water to prevent overpressurization of the IRWST during operation of the spargers (see Fig. 1). Last but not least, the AP1000 is designed with These vents are normally closed and open with a slight environmental consideration as a priority. The safety of overpressure. Once these vents are opened they do not the public, the power plant workers, and the impact to the need to automatically reclose. Water discharged with environment have been carefully integrated in the design steam through the vents to the containment must not and construction of the plant. drain back into the IRWST through the vents in order to prevent interference with the venting. Vents are provided Objectives of the Analysis to allow air/steam to enter the IRWST from the The accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant containment. These vents must pass sufficient air and in Japan has triggered the need for an immediate and steam to prevent excessive external pressurization of the coordinated response from the EU, aimed at identifying IRWST during steam line breaks/LOCAs. These vents are potential further improvements, in line with the normally closed and must open with a slight external


8 - Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 pressure. Overflows are provided which discharge from the side wall of the IRWST into the refueling cavity. These overflows are normally closed and open with a slight overpressure. The general lay-out of the IRWST is shown in Fig. 1. Fig. 2 shows specific details of the IRWST. The Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX) The Passive Residual Heat Remover Exchanger (PRHR HX) is located within the steel containment vessel. The heat exchanger is contained in the IRWST, which provides the heat sink for the heat exchanger. The heat exchanger consists of a bank of C-tubes, connected at the top (inlet) and bottom (outlet) to a tube-sheet and channel head mounted on the IRWST wall. The PRHR HX is connected to the Reactor Cooling System through an inlet line from one of the Reactor Cooling System’s hot leg. The outlet line connects to the associated steam generator cold leg plenum. The water in the HX is stagnant and will be in thermal equilibrium with the water in the IRWST. This arrangement maintains a thermal driving head during normal plant standby conditions which provides for the initial PRHR HX startup operation. The heat exchanger is elevated above the Reactor Cooling System loops to induce natural circulation flow through the heat exchanger when the reactor coolant pumps are not available. The PRHR heat exchanger piping arrangement also allows actuation of the heat exchanger with reactor coolant pumps operating. The seismic excitations This analysis will use the seismic excitations (acceleration history, i.e. the acceleration in the 3 coordinate directions Up/Down, East/West, North/South as a function of time) of the Eastern Honshu earthquake. The earthquake and tsunami hit Japan on April 11, 2012 with M 6.6 (Fig. 3). The following three chart (Fig. 4) shows the seismic excitations in term of acceleration time history of the earthquake. The three charts refers to the 3 coordinate directions North/South, East/West, Up/Down. Please note the different scale.

Fig.4 - Seismic excitations of the Fukushima earthquake

The mesh The pre-processors of the two applications (ANSYS/FLUENT and ANSYS/CFX5) have been used to generate a mesh modeling the geometry for the IRWST. The mesh has been created from CAD models. Meshing density is linked to

Fig.5 - Detailed view of the mesh at the corner of the IRWST. The vents on the right side of the IRWST are overlooking the Refueling Pit. Note the refinement of the mesh in the upper part.

expected regions of high gradient in the simulated field. The solution domain was subdivided in a lower part (the bottom of the IRWST) where a coarser mesh was used and an upper part (close to the free surface) where a finer mesh was used to better capture: a) the amount of water leaving the IRWST through the vents (horizontal and lateral); b) the shape and position of the wave induced by the sloshing. Extreme care was used to make sure that there would not be any disconnection or incorrect matching of boundary conditions between the two regions (i.e. the lower region and the upper region) because of the different meshing density. The number of cells for ANSYS/FLUENT is 896,724, the number of elements for the ANSYS/CFX5 is 735,540. Because of the different meshing techniques (element vs cell) and because of the different way for assigning the boundary and initial conditions between ANSYS/FLUENT and ANSYS/CFX5, the number of cells and the number of elements are not exactly the same. This difference does not have any significant impact on the modeling of the flow field as well as on the assessment of the volume of water leaving the IRWST because of the sloshing. Also, the different meshes makes for a marginally different value for the volume of water inside the IRWST at the beginning of the simulation (i.e. at t=0.0 s). Results The simulation has been performed using two well known and established applications each using a separate methods: the Free Surface method via ANSYS CFX5 and the Volume of Fluid method via ANSYS FLUENT. The results are therefore not biased by the selections of a specific method. Because of the low content of energy in the first 28 seconds of the acceleration time history, it was decided to begin the simulation from the 28th second, therefore the results shown in this report will begin from 28 seconds.


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Fig 12 and 13 - Position of the water wave at selected moments in or around the area of the PRHR HX (ANSYS/CFX, time has been rescaled).

Fig 6 and 7 - Volume of water inside the IRWST as a function of time

Fig 14 - Relative load on the Peripheral Outer Wall of the IRWST. The load is the overall force acting on the whole wall.

Fig 8 and 9 - Level of water inside the IRWST as a function of time

Fig 10 and 11 - Time history of the water leaving the IRWST

Fig 10a - Close-up view of the amount of water leaving the IRWST via selected vents (time has been rescaled)

The following set of results will be shown as a function of time: • Fig. 6 and 7: volume of water inside the IRWST • Fig. 8 and 9: level of water inside the IRWST • Fig. 10 and 11: time history of the water leaving the IRWST • Fig. 10a: a close-up view of the amount of water leaving the IRWST via selected vents • Fig. 12 and 13: position of the water level at selected moments • Fig. 14: adimensionalized sloshing-induced loads on the outer wall of the IRWST Conclusions The analysis of sloshing in the IRWST induced by a major earthquake shows that there will not be a significant amount of water leaving the tank and that components key to ensure a continuous removal of heat will continue to be completely immersed and operative in the tank (IRWST). While the surface wave hits several times the peripheral walls, the roof and the PRHR HX, the pressures exerted on these components are well below the maximum design loads, therefore the sloshing is not posing any beyonddesign loads to the named components. The position, height and evolution of the surface wave are matched fairly well by the two applications. The two applications and numerical methods used for this analysis yield similar albeit slightly different results, and they can be safely be used as an engineering design simulation tools. Fabrizio Magugliani, Ansaldo Nucleare SpA fabrizio.magugliani@ann.ansaldo.it Daniele Martelli, DIMNP, Università di Pisa martelli.daniele@gmail.com


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Indesit Company Ottimizzazione dell’imballo di un frigorifero CAE analysis are normally recognized as part of the product development process in mostly high tech industry sectors like aerospace and automotive. But these are not the only sectors! As you can see from this case history describing how packaging optimization could also be influent in product awareness and return of investment. The main objective of the project, that is the cost reduction of the packaging, stimulated performance improvement in terms of protection against impact and various probabilistic injuries. Virtual testing was confirmed by lab experiments in full. Further side effect on manufacturing was a 13% reduction on materials employed. Le analisi CAE sono entrate, nella maggior parte dei settori industriali, parte integrante nel flusso di sviluppo prodotto. Questo lavoro costituisce una novità in quanto l’attenzione è rivolta non al prodotto ma all’ottimizzazione dell’imballo dello stesso. L’obiettivo dell’attività è stato ottimizzare l’imballo di un frigorifero al fine di ridurne i costi di sviluppo e di produzione, mantenendo al contempo inalterata o addirittura migliorandone la capacità di protezione durante le severe prove di validazione alle quali il prodotto imballato viene sottoposto (standard interno INDESIT). I risultati sperimentali hanno validato in pieno i calcoli FEM: il design degli imballi è stato deliberato senza alcuna modifica ed il costo di produzione di questi ultimi è stato ridotto, rispetto al design precedente l’ottimizzazione CAE, del 13%.

Attività di validazione sperimentale Approccio tradizionale I prodotti di libera installazione di Indesit Company sono imballati con l’utilizzo di angolari, traverse e basi imballo in polistirolo espanso, coperchi di cartone, involucro esterno in materiale termoretraibile e regge plastiche per strizione e movimentazione. Tutti i frigorife-

ri, per ottenere l’autorizzazione ad essere prodotti, devono superare, in fase di progettazione e preserie, dei severi test di laboratorio (in due diverse strutture indipendenti) per riprodurre le peggiori condizioni di trasporto possibili. Tra queste prove annoveriamo lunghe permanenze su piani vibranti, drop test da varie altezze su tutti i lati e su tutti gli spigoli, scivolamento su piani inclinati con impatto finale su traversa. Il fine ultimo è di garantire al cliente l’arrivo a casa del prodotto integro anche in caso di movimentazione per nulla scrupolosa. Attività di analisi virtuale Approccio Innovativo Questo lavoro è stato svolto su un modello di frigorifero combinato della maggiore altezza e peso prodotto, rappresentativo per l’intera gamma, vista la massa dell’allestimento considerato. Nel dettaglio, sono state svolte le seguenti attività: 1. Modellazione in ambiente CAE dell’intero frigorifero inclusa schiuma poliuretanica interna con funzioni iso-

Fig. 1 - Urto posteriore su traversa: confronto danno condensatore sperimentale e calcolato (imballo originale) Rear impact: comparison between real case (experimental) and calculated (original packaging) on the condenser/radiator.


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quanto il prodotto viene disimballato solo al termine dell’intera sequenza di test. Lo scopo dell’analisi FEM svolta è stato, in prima istanza, comprendere le dinamiche di danno: individuate queste ultime, è stato possibile modificare iterativamente l’imballo migliorandone la funzionalità e, nel contempo, riducendone il costo.

Fig. 2 - Caratterizzazione guarnizione porta: schiacciamento per il solo effetto del magnete Door seal simulation: crushing based from magnet influence

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lanti e strutturali con particolare attenzione alle zone ‘sensibili’. Modellazione FEM dell’imballo completo (polistirolo espanso, cartone, regge plastiche, involucro plastico termoretraibile, nastratura porte). Simulazione virtuale dell’intera procedura di prova imballo secondo le norme Indesit. Valutazione funzionale delle parti dell’imballo secondo indicatori rappresentativi della capacità di queste ultime di assorbire l’energia d’urto in ogni singola prova. Ottimizzazione dell’imballo e sviluppo di un modello CAE del frigorifero facendo uso delle tecniche di subcycling e sub-structuring in zone critiche del frigorifero (individuate nella fase 3). Definizione finale del design dell’imballo. Verifica della configurazione finale con simulazione dell’intera sequenza di prove dell’imballo.

Vantaggi dell’approccio virtuale La natura stessa delle prove, sequenziali e continue, rende impossibile individuare la causa dei danneggiamenti in

La simulazione FEM ha permesso quindi di: • progettare gli imballi secondo l’approccio CAE-driven grazie alla comprensione delle dinamiche di danno; • verificare virtualmente un gran numero di imballi fino alla configurazione finale eliminando le prove sperimentali intermedie e riducendo quindi i tempi di sviluppo ed i costi di testing; • eliminare il rischio di modifica degli stampi delle parti dell’imballo; • comprendere il fenomeno di impatto e valutare in modo oggettivo l’efficacia delle singole parti, questo ha permesso di ottimizzare e/o eliminare parti dell’imballo con un risparmio molto elevato. Metodologia Innovativa di sviluppo imballi Dati di partenza Il modello CAD fornito da Indesit è composto dell’intero prodotto, compresa la schiuma poliuretanica interna, componentistica termodinamica, quali compressore, condensatore ed intero insieme imballo. Per semplificare il modello, non sono stati considerati nell’assieme gli accessori interni i quali non interagiscono direttamente con l’imballo esterno ma la cui integrità è in ogni caso verificata in fase di release finale sperimentale. Il peso degli stessi è stato distribuito sull’intero prodotto per effettuare l’analisi considerando il corretto contenuto energetico in termini di energia cinetica. Indesit ha inoltre fornito schede tecniche dei materiali utilizzati ove disponibili; i restanti dati sono stati estratti da database proprietari di EnginSoft dove sono disponibili caratterizzazioni molto avanzate per un elevato numero di materiali. In ogni caso, è sempre stata verificata la corrispondenza delle curve sperimentali in possesso di Indesit con le curve di out-

Fig. 3 - Modello di dettaglio della zona critica della base frigorifero (Subcycling): Comportamento durante l’urto su spigolo posteriore The close-up of the refrigerator critical area (Subcycling): Behavior the impact of the rear edge


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Fig. 4 - Confronto fra base imballo originale ed ottimizzata Comparison between original (left) and optimized packaging base support component

put ottenute riproducendo ogni singola prova sperimentale di caratterizzazione del materiale in ambiente CAE. Indesit ha fornito le specifiche dell’intera procedura di analisi e documentazione completa riguardo tutti gli accorgimenti di realizzazione dei prodotti in plant, nonché il know-how dei punti di attenzione aggiuntivi che l’R&D utilizza nel design. Indesit ha inoltre collaborato all’individuazione di tutti i componenti che più compartecipano all’esito della prova imballo pur non essendone parte diretta, come le guarnizioni porta, le cerniere porta e le nastrature adesive di sicurezza. Il modello FEM Considerata la complessità del prodotto in esame e l’assenza di background metodologico, alcuni aspetti di modellazione numerica hanno richiesto parecchi run di model validation per la verifica degli stessi. Spesso non si è trattato di un’attività di fine tuning di parametri numerici, ma le scelte iniziali sono state completamente stravolte in quanto non soddisfacenti in termini di capacità di cogliere in modo dettagliato il fenomeno fisico. In particolare, si sono implementati artifici numerici al fine di rappresentare opportunamente i seguenti aspetti peculiari: • meati di schiuma fra sequenze di parti molto prossime fra loro; • condizioni di interfaccia e di adesione fra schiuma e parti di struttura; • transizione fra porzioni modellate tramite elementi shell e altre modellate per mezzo di solidi (brick o tetra); • modellazione di collegamenti avvitati; • rappresentazione di dettaglio del comportamento della guarnizione porta.

Quest’ultimo aspetto, fondamentale per la stima del danno in termini di deformazione permanente delle cerniere porta in caso di nastratura poco accorta della stessa, ha richiesto un’attività di caratterizzazione su un sottomodello di guarnizione molto dettagliato. In tale modello è stato possibile introdurre tutti gli aspetti matematici necessari a cogliere la complessità del fenomeno di schiacciamento in condizioni di “misuse” (severo ‘tamponamento’ della guarnizione). Il comportamento strutturale di tale sottomodello di dettaglio è stato poi introdotto nel modello completo del frigorifero tramite una sequenza equispaziata di elementi 1D, con opportuna caratterizzazione non lineare, incollati numericamente alla porta da un lato e alla struttura del frigorifero dall’altro. Tale modello tiene conto di fenomeni di scivolamento a taglio della guarnizione in funzione dello schiacciamento in direzione normale. Model Upgrade Il primo ciclo di analisi sul modello completo ha validato le scelte di modellazione confermando a pieno i risultati dei passati test sperimentali svolti in fase di lancio prodotto. Esistono però, nella struttura, zone critiche nelle quali si è deciso di dettagliare ulteriormente il modello al fine di cogliere eventuali meccanismi di frattura legati a dettagli geometrici che nel modello FEM non erano presenti in quanto la taglia della mesh utilizzata (legata al time step) non permetteva di cogliere. Questo ulteriore affinamento aumenta la predittività del modello portandola a livelli estremamente elevati; tale attività si rende necessaria per poter ridurre al minimo il ‘margine di sicurezza’ nella successiva attività di ottimizzazione del packaging. Si sono implementate due linee di miglioramento: a. subcycling e submodelling (cerniere porta e porzioni di basamento); b. design chain (traversa compressore).


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a. La base del frigorifero, in materiale plastico, è stata inizialmente modellata tramite elementi shell. In alcuni urti (spigolo posteriore in primis), alcune parti nervate risultano molto sollecitate e si osserva un���elevata deformazione plastica in corrispondenza dell’attacco di alcune nervature. Volendo cogliere il reale comportamento strutturale nel campo plastico, del danno e della rottura, deve essere innanzitutto riprodotta localmente la reale geometria del pezzo e si deve quindi tener conto dell’angolo di sformo e del raggio di raccordo fra parete e nervatura in prossimità della radice della stessa. Ciò richiede una taglia di mesh anche al di sotto di 0,5 mm. Si sono quindi utilizzate tecniche di subcycling, submodelling e shell to solid coupling per non causare un drastico ed insostenibile aumento del CPU time che una riduzione del time step globale determinerebbe. Gli interventi hanno portato ad un +40 % di CPU time, valore colmabile aumentando il numero di cores sui quali l’analisi viene effettuata. b. Risultano particolarmente sollecitate le alette ripiegate della traversa compressore alle quali quest’ultimo viene fissato tramite una torsione delle stesse di 90 gradi. Tali alette sono quindi ricavate per piegatura di 90 gradi in fase di tranciatura della traversa (parte in lamiera stampata) e poi, durante l’assemblaggio del frigorifero, torte di 90 gradi, con un paio di pinze, per bloccare il traversino di sostegno del gruppo compressore. Localmente le alette vengono quindi fortemente deformate plasticamente e il considerarle ‘vergini’ ad inizio simulazione costituisce una grossolana semplificazione. Su un modello ridotto si è quindi simulata sia la piegatura dell’aletta (formatura traversa compressore) sia la torsione di 90 gradi della stessa all’interno del traversino del compressore (montaggio gruppo compressore). I risultati ottenuti in termini di deformazione plastica e di assottigliamenti sono stati importati nel modello completo del frigorifero inizializzando lo stato del materiale tramite algoritmi di mapping (necessari a trasferire i risultati fra mesh diverse). Matrice di incidenza e ottimizzazione dell’imballo Il modello affinato ha svolto tutti i test previsti dalla norma Indesit e ha permesso di compilare una matrice di correlazione tesa ad individuare oggettivamente, per ogni prova, le parti di imballo maggiormente coinvolte. Ciò permette una drastica riduzione dei tempi di sviluppo imballo in quanto, a fronte di una modifica di un certo componente dello stesso, non vengono ripetute tutte le prove ma solo quelle che la matrice mostra essere significative per la parte modificata. Si è proceduto quindi ad individuare le zone a bassa e alta sollecitazione dell’imballo procedendo, di conseguenza, ad un re-design per uniformare lo stato di stress ad un livello più uniforme con, quindi, un fattore di sicurezza

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omogeneo sui vari componenti. Non solo alcune parti sono state riviste ma alcune di esse sono state radicalmente rimosse. L’ottimizzazione è avvenuta in più loop andando ogni volta a verificare a calcolo le modifiche introdotte senza alcun test fisico. L’esperienza trasversale dei tecnici Indesit sul prodotto, sul processo e sull’assemblaggio ha permesso di discriminare fra interventi strutturalmente possibili ma poco remunerativi ed altri apparentemente meno invasivi ma invece molto più interessanti dal punto di vista economico. L’analisi con tecniche di subcycling ha permesso di ridurre notevolmente i tempi computazionali, pur utilizzando un modello estremamente dettagliato e rappresentativo. 3.5 Validazione sperimentale finale dell’imballo ottimizzato La successiva realizzazione delle attrezzature per il nuovo imballo e la verifica sperimentale dei nuovi componenti realizzati ha riscontrato fedelmente i risultati ottenuti dando evidenza della bontà delle scelte numeriche di modellazione ma anche dell’intera metodologia sviluppata. L’imballo è stato deliberato senza che nessuna ulteriore modifica si rendesse necessaria. Conclusioni L’ottimizzazione della geometria dell’imballo ha permesso di ottenere vantaggi sia nelle fasi di ingegnerizzazione dello stesso, sia in termini di abbattimento dei costi di produzione del design definitivo. In breve le ricadute: • abbattimento drastico dei tempi e dei costi di sviluppo; • possibilità di testare virtualmente, in tempi estremamente ridotti e senza la necessità di costruire alcun prototipo fisico, un elevato numero di revisioni progettuali rispetto a quanto sarebbe stato possibile con metodi sperimentali e prototipali tradizionali; • incremento notevole dello know-how aziendale che permetterà di migliorare e rendere efficiente a priori la progettazione dei prodotti delle gamme in prossima uscita; • risparmio del 13% su ogni singolo imballo prodotto! Va evidenziato come la modellazione virtuale non abbia sostituito l’esperienza progettuale precedente di Indesit, ma, anzi, sia stata ad essa funzionale e complementare. Solo una stretta collaborazione che permetta di attingere da diversi bacini di esperienza/competenza rende il processo estremamente virtuoso e non solo un, seppur interessante, esercizio matematico.

Per ulteriori informazioni: Alfonso Ortalda, EnginSoft info@enginsoft.it


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EnginSoft e Brembana Costruzioni Industriali, partner per la progettazione concettuale di un criostato modulare per LBNE liquid argon TPC Chicago’s Fermilab is involved in the study of a new high intensity proton accelerator for the development of the Long Baseline Neutrino Experiment (LBNE). The dimensions of the detection chamber are the largest ever to date. EnginSoft and Brembana Costruzioni Industriali, a leader manufacturing company in low, medium and high pressure equipment, worked together to create the conceptual design of a extremely large vacuum insulated cryostat (20 x 20 x 40 m). The project has been developed taking care of both structural and erection aspects.

I progetti portati al vaglio per la scelta della soluzione ottimale consistono in due soluzioni che prevedono una diversa modalità di isolamento termico: 1) Criostato ad isolamento passivo 2) Criostato ad isolamento a vuoto

L’Università della California (UCLA), sotto la supervisione del Prof. Sergiampietri del CERN, ha commissionato la fase di progettazione concettuale della seconda tipologia di Criostato a EnginSoft e Brembana Costruzioni Industriali. È infatti proprio il professor Sergiampietri (basandosi sull’esperienza maturata nel progetto ICARUS del CERN) a EnginSoft worked out the best solution in terms of main detenere la paternità dell’idea di utilizzare l’isolamento a structure and supports and performed the related numerical verifications, while Brembana took care of the implementation vuoto per il nuovo criostato pensato come struttura modulare, costituita cioè da celle costitutive semplici, issues like the production cycle, laboratory pre-assembly, assemblabili in loco e facilmente trasportabili. L’isolamento a transport on site and finalization of the entire assembly. vuoto consente di ottenere perdite termiche bassissime se The final designed solution boasts a very low total dissipation comparate con quelle ottenute con qualsiasi isolamento (around 5000 W), is light and modular, allowing for individual passivo. pre-assembled and pre-tested blocks. Moreover the structure is EnginSoft e Brembana Costruzioni Industriali, azienda leader conceived to pour dirty liquid argon inside the structural nel settore manifatturiero di strutture a bassa, media ed alta beams and panels, in order to increase the cooling capacity. pressione, hanno lavorato a quattro mani per la progettazione del Criostato, curando sia gli aspetti di scelta e verifica numerica della struttura portante e dei supporti (a cura di EnginSoft) sia gli aspetti realizzativi, il ciclo di produzione, pre-assemblaggio in laboratorio, trasporto in loco e messa in opera del sistema (a cura di Brembana). Fig.1 - FAR DETECTOR in DUSEL (Deep Underground Science & Engineering Laboratory) in Lead, South Dakota In questo articolo si riporta il flusso di dimensionamento e verifica dell’assieme dal punto di vista teorico-numerico, rimandando per eventuali domande Gli esperimenti sulla misura della massa e delle altre relative ai cicli di produzione e assemblaggio ai riferimenti proprietà delle particelle atomiche, in particolare dei riportati alla fine dell’articolo. neutrini, sono fondamentali per comprendere la fisica che governa l’evoluzione dell’universo. La struttura del criostato, di dimensioni 20 x 20 x 40 m, è A questo proposito il FERMILAB di Chicago sta studiando un nuovo acceleratore di protoni ad alta intensità per sviluppare costituita da un inner vessel che contiene argon liquido alla temperatura di 88.92K (-185°C ), un outer vessel che il Long Baseline Neutrino Experiment (LBNE). Le dimensioni della detection chamber sono le più grandi ad oggi mai provvede al mantenimento del vuoto tra l’esterno e l’inner vessel, e dei supporti di sostentamento tra inner ed outer pensate.


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Fig.2 – Criostato ad isolamento a vuoto Vacuum isolated Cryostat

Fig.3 – ¼ del modello FEM del Criostato ad isolamento a vuoto. Il modello sfrutta i due piani verticali di simmetria ¼ of the Vacuum isolated Cryostat FEM model. The model makes use of the two vertical planes of symmetry.

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comparare la tensione membranale generale primaria (tensione membranale purificata dalle tensioni termiche e di congruenza) con il carico ammissibile σm. σm è assunta pari a 5/8 della tensione di snervamento σyielding. La somma della tensione di membrana e flessionale è stata comparata con 1.5xσm. Al fine di rispettare le normative ASME, la tensione di snervamento è stata assunta a temperatura ambiente (in via cautelativa) e non a quella di esercizio (-185°C). In questo modo, per la progettazione preliminare, la tensione di membrana+flessione è stata paragonata con 211 MPa. A valle delle simulazioni parametriche in ANSYS dei vari tipi di pannello sotto la pressione massima (pannello di fondo), la scelta finale per il singolo pannello dell’inner vessel è caduta sull’ultima tipologia riportata in Figura 4, con il lato del pannello quadrato di 4,5 m ed un altezza di 0,5 m, con 4x4 irrigidimenti trasversali; allo stesso modo sono stati determinati gli spessori in grado di garantire resistenza strutturale e minimo peso. Questa tipologia di pannello consente, infatti di interporre nell’intercapedine tra le lamiere un eventuale materiale isolante oppure di creare il vuoto e ridurre ulteriormente le perdite termiche a discapito di una relativamente maggiore complessità realizzativa delle saldature (comunque limitate dalla scelta di soli 4 irrigidimenti trasversali). Il singolo pannello dell’inner vessel è stato inserito quindi nel modello FEM realizzato in ANSYS dell’intera struttura dell’inner vessel (rappresentata per ¼, grazie alla doppia simmetria rispetto ai piani verticali). I pannelli sono stati considerati tutti uguali rimandando ad una fase successiva di progettazione di dettaglio la diversificazione degli spessori in funzione della quota, al fine di ottimizzare ulteriormente il peso del materiale utilizzato (visto che la pressione dell’argon è massima sul fondo e decresce con la quota). A seguito di un ciclo di studio sulle structural beams, si è scelta la sezione rettangolare (per consentire la saldabilità della beam con il pannello) con lato 0,5 m e con uno spessore di 35 mm.

vessel (rigidi sulla base e elastici sulle facce laterali) in grado di consentire il movimento tangenziale relativo tra i due vessels a causa del gradiente termico e di aiutare le facce dell’outer vessel a supportare la pressione atmosferica esterna (le facce laterali misurano infatti 20 x 20 m e 20 x 40 m). La fase di progettazione ha seguito fasi cicliche a partire dallo studio teorico, alla messa a punto dei modelli numerici, allo studio di realizzabilità. Il punto di partenza della progettazione è stato l’analisi dell’inner vessel, ed in particolare il dimensionamento della forma e delle dimensioni del singolo pannello, e successivamente delle structural beams che attraversano il volume di argon liquido. Passando quindi ad analizzare l’outer vessel, si è scelto, per Il materiale scelto per la realizzazione dei componenti motivi costruttivi, di avere il singolo pannello dell’outer con strutturali è l’AISI 304. forma topologicamente uguale a quello dell’inner. Gli spessori In Figura 4 si riportano alcune delle diverse tipologie di sono però ovviamente diversi e sono stati scelti a valle di pannello analizzate. un’analisi FEM parametrica sull’intera struttura di inner e Gli spessori delle lamiere, il lato e l’altezza del pannello, sono outer vessel, caricata con la pressione e la temperatura del stati studiati in maniera parametrica al fine di garantire la l’argon liquido sull’inner vessel, la temperatura ambiente e la resistenza dello stesso sotto il carico più gravoso (pannello sul fondo dell’inner vessel) in rispetto delle normative ASME, ma anche per ottenere il minimo peso e quindi l’utilizzo del minor quantitativo di materiale possibile. Secondo la Fig.4 – diverse tipologie di pannello per l’inner vessel normativa si deve infatti Different panel typologies for the inner vessel


16 - Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 pressione atmosferica sulla pelle esterna dell’outer vessel. Tra inner ed outer vessel sono state interposte delle molle precaricate –spring assembly-(ad eccezione della faccia di fondo), con precarico variabile, a seconda della posizione spaziale della singola molla (massimo precarico sulla molla nel centro delle facce e minimo nella periferia). Le molle sono disposte in corrispondenza Fig.5 - modello FEM completo (1/4 della struttura grazie alla doppia simmetria rispetto ai piani verticali) dei vertici dei singoli pannelli. Il Complete FEM model (1/4 of the structure, thanks to the double symmetry with respect to the vertical planes) valore di precarico massimo e Lo stesso modello FEM è stato poi studiato nella fase di minimo delle molle e la loro rigidezza (pensata uguale per precarico in cui l’argon liquido non è ancora presente e la tutte le molle per motivi di approvvigionamento) sono stati struttura (tutta a temperatura ambiente e a pressione determinati in via parametrica in modo da garantire la atmosferica) è caricata dal solo precarico delle molle. corretta resistenza strutturale dell’outer vessel. Una volta determinati gli spessori dell’outer vessel, i valori di Lo spostamento relativo tangenziale tra inner ed outer vessel precarico massimo e minimo e la rigidezza delle molle è stato considerato libero ai fini della simulazione FEM in (rigidezza=29,5 MN/m e massimo precarico=2,65 MN) che ANSYS dell’intera struttura. In seguito si vedrà come questo garantissero la resistenza strutturale dell’assieme sia in sia stato fisicamente realizzato. condizioni operative che di precarico, si è passati alla progettazione concettuale di insulator support e spring Nell’intercapedine tra inner ed outer vessel sulla faccia di assemblies, prendendo in esame quello che risultava più fondo sono stati inseriti dei supporti ‘rigidi’ (insulator caricato secondo l’analisi FEM. supports) che garantissero però la libertà di scorrimento tangenziale (il piede nel centro della faccia di fondo è Per quanto concerne l’insulator support (figura 8), al fine di considerato incastrato e blocca quindi l’outer vessel rispetto garantire la resistenza strutturale del componente anche in all’inner vessel). criogenia e, allo stesso tempo, una bassa dissipazione Il raccordo tra le varie facce dell’outer vessel è stato studiato termica attraverso il supporto, si è scelto come materiale fino ad arrivare alla scelta della forma cilindrica, in grado di realizzativo il composito in resina epossidica G-10CR, che rendere più flessibile la struttura e consentire alle facce di unisce ottime proprietà meccaniche ad una bassa lavorare in modo più uniforme. Il cilindro è stato sostituito conducibilità termica. La capacità di scorrimento trasversale da uno spigolo in corrispondenza del raccordo con la faccia è affidata a due piastre in AISI 304 con interposto uno strato di fondo, come mostrato in Fig.7, in quanto con un raccordo di disolfuro di molibdeno o lubrite G10 che garantisce un cilindrico il peso delle facce laterali avrebbe gravato coefficiente di attrito ≤ 0.1, in grado di lavorare anche in eccessivamente sulla prima linea di supporti causando un criogenia. momento flettente (dovuto alla distanza δ). Per questa ragione si è deciso di inserire una riga addizionale di supporti Lo studio delle dimensioni di ogni parte dell’insulator support con un raccordo a spigolo in corrispondenza della faccia di è stato effettuato tramite sub-model dal modello FEM fondo dell’outer vessel. completo, realizzando un modello FEM in ANSYS del supporto più caricato e di una porzione rappresentativa di inner ed outer vessel, in modo da verificare la resistenza strutturale e l’effettiva capacità di scorrimento. Il modello è stato caricato anche con il campo di temperature ottenuto dall’analisi termica sull’assieme, al fine di tener conto anche dello stato tensionale derivato dal gradiente termico. Tale analisi consente inoltre di calcolare la potenza termica dissipata dal singolo supporto.

Fig.6 - tensione equivalente di Von Mises sul modello completo Von Mises stress on the complete model

Per quanto riguarda lo spring assembly, un notevole problema è stato quello di trovare molle che garantissero la rigidezza richiesta, il voluto precarico massimo e che potessero resistere al massimo carico operativo (calcolato nel modello FEM globale sopra citato) e che al contempo potessero lavorare alla temperatura di esercizio ed essere contenute in


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Fig.7 - Spigolo di raccordo sulla faccia di fondo dell’outer vessel Connection corner on the outer vessel back face

Fig.8 - Insulator support

uno spazio relativamente ristretto (intercapedine tra inner ed outer vessel). Dopo aver analizzato le soluzioni proposte da diversi fornitori di molle, la scelta è ricaduta su una pila di molle a tazza disposte con la sequenza di impilamento come riportato in Figura 9, affiancate da un blocco di lubrite G10CR e dalle piastre in AISI 304 con interposto uno strato di disolfuro di molibdeno o lubrite G10 (come già esposto per l’insulator support). Anche nel caso dello spring assembly è stato realizzato un sub-model FEM del gruppo risultato più caricato dall’analisi sul modello globale, al fine di verificarne la resistenza strutturale, anche inserendo il campo di temperatura derivato da un’analisi FEM termica, che ha consentito di valutare la potenza dissipata dallo spring assembly. La struttura intera del criostato così progettata ha una dissipazione totale di circa 5000 W, molto bassa se si tiene conto delle reali dimensioni della struttura ed ancora riducibile in fase di progettazione di dettaglio a seguito di cicli di ottimizzazione più spinti sui singoli componenti. Anche il peso della struttura, già relativamente basso, può essere ulteriormente diminuito a valle di un’ottimizzazione degli spessori dei pannelli con la quota (dal momento che la pressione del liquid argon descresce con la quota), possibile in una fase di progetto di dettaglio ed effettuabile in seguito alla scelta del posizionamento di

Fig.10 - Gli ingegneri di EnginSoft e Brembana Costruzioni Industriali: (da sinistra) Valentina Peselli; Daniele Calsolaro; Marco Rottoli; Marco Celok The EnginSoft & Brembana Costruzioni Industriali Team members: (from left) Valentina Peselli; Daniele Calsolaro; Marco Rottoli; Marco Celok

eventuali fori di passaggio cavi, passi uomo,etc. La struttura, inoltre, per come è stata concepita, consente la possibilità di inserire dirty liquid argon all’interno delle structural beams e dei pannelli, in modo da aumentare la capacità di raffreddamento. La modularità dell’assieme inoltre garantisce la realizzabilità di singoli blocchi pre-assemblabili e testabili separatamente. Valentina Peselli, Daniele Calsolaro - EnginSoft Marco Rottoli, Marco Cielok - Brembana Costruzioni Industriali Per maggiori informazioni: Valentina Peselli - EnginSoft info@enginsoft.it

Fig.9- Spring Assembly


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Riduzione degli scarti grazie all’ottimizzazione del processo di pressocolata Gli inglobamenti d’aria sono la principale causa di scarto nel processo di pressocolata, in questo studio si è cercato di ottimizzare il sistema di colata

Dealing with highly competitive markets is a costant battle. Being successful as a supplier often depends on the cost of production, delivered quality, time to market and sometimes also on product and/or process innovation. In this context, the challenge lays in the design phase and its crucial role in evaluating possible product and process solutions before the equipment and parameters are defined. The following case study presents the development of a diecasted radiator made by the Italian “Gruppo Ferroli” which is an European market leader in house heating solutions and components. EnginSoft’s expertise supported the Gruppo Ferroli on product and die design fine tuning with a focus on the following goals: • to minimize structural defects (primarily thermalpressure resistance) to improve aesthetics and quality perceived by final user; • to minimize risk of air inclusion, a typical cause for rejection in die-casting process; • to maximize the capacity of the mass production line; for the latter, a new gating has been designed and developed.

Le attuali condizioni di mercato impongono alle realtà produttive tempi di risposta compressi, elevate caratteristiche qualitative e prezzi competitivi. Per assolvere a queste richieste è fondamentale ridurre al massimo gli sprechi di produzione, comprimendo il più possibile i tempi di progettazione/realizzazione del prodotto. In questo contesto la progettazione prodotto/processo assume un ruolo di considerevole importanza, è infatti in questa delicata fase dove vengono valutate le soluzioni efficaci per la realizzazione delle attrezzature e dei parametri di processo adeguati.

Sviluppo ed ottimizzazione di un processo produttivo significa identificare le variabili che maggiormente influiscono sulle caratteristiche del prodotto valutandone gli effetti. Questo può essere perseguito attraverso un approccio al lavoro di progettazione che include la simulazione di processo. Il caso proposto riguarda la produzione di una specifica linea di radiatori progettati e prodotti dal Gruppo Ferroli. Il lavoro svolto ha visto il coinvolgimento di EnginSoft nell’attività di progettazione delle nuove attrezzature al fine di ridurre al massimo gli scarti presenti nella linea produttiva incrementando al massimo la qualità Estetica e di Tenuta del prodotto. Lo studio svolto ha avuto come obiettivo principale la ricerca del miglior sistema di colata in grado ottenere la massima qualità del componente per quanto riguarda il rischio di inglobamenti d’aria, principale causa di scarto nel processo di pressocolata in produzione, ponendo massima attenzione anche sull’efficienza produttiva. Il risultato della sinergia fra il Gruppo Ferroli ed EnginSoft ha determinato il successo fin dalle prime battute permettendo un rapido avvio della produzione. Introduzione Il settore del termoarredo ha raggiunto un’indiscussa importanza nel settore dell’arredo e del design. I corpi scaldanti sono protagonisti del living contemporaneo, esclusivi complementi d’arredo che donano stile ed eleganza a qualsiasi ambiente e tipo di arredo. Forme ricercate che corrispondano alle richieste estetiche sempre più esigenti e di maggior attrazione per l’utente devono sposarsi intimamente con le caratteristiche tecnologiche imposte dalle normative attuali, garantendo risparmio energetico e riduzione di immissioni. Tali condizioni indirizzano sempre più la ricerca verso sistemi performanti con rese elevatissime in grado di sfruttare al massimo le attuali caratteristiche dei sistemi di generazione di calore. Il quadro si completa con la necessità di rispondere alle esigenze dei mercati in tempi rapidi in maniera efficace e


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Fig. 1 - (a) Progettazione dello stampo per la produzione originale, (b) foto dello stampo già modificato nel tassello di colata Design of the die for the original production (b); a picture of the already modified die in the die slide

garantendo competitività sia dal punto di vista qualitativo che economico, adottando le tecnologie produttive più efficaci. Di fronte a questo scenario risulta evidente come l’attività di progettazione del “processo-prodotto” risulti determinante dovendo garantire, oltre alle caratteristiche “estetico-meccaniche” dell’oggetto, la massima riduzione di sprechi o scarti e la realizzazione del prodotto in tempi decisamente contenuti. Le caratteristiche meccaniche e la qualità estetica dei moduli per radiatori sono intimamente connesse al sistema produttivo adottato che, nel caso specifico, per produzioni in alluminio con spessori particolarmente sottili, corrisponde al processo di pressocolata. Similmente agli altri processi di colata, anche quello in alta pressione può generare difetti che possono ridurre la qualità estetico-meccanica del prodotto fino al limite di determinarne lo scarto. Le velocità particolarmente elevate che governano il processo influenzano la dinamica di riempimento, caratterizzandolo con elevati effetti di turbolenza che possono comportare la formazione di inestetismi superficiali degradando fino a veri e propri inglobamenti d’aria o mancati riempimenti. Pur essendo un processo altamente automatizzato, la pressocolata denota una molteplicità e variabilità di parametri che non consentono la semplice individuazione delle cause che generano un micro o un macro difetto. Ad esempio, la formazione di un giunto freddo o di un inestetismo superficiale critico, sino al mancato riempimento, possono derivare da una serie di concause di processo che, se identificate, permettono di individuare gli interventi correttivi. Per la produzione di massa risulta fondamentale la ricerca della soluzione ottimale, sia in termini qualitativi che di efficienza produttiva: la riduzione di pochi secondi del tempo ciclo si ripercuote positivamente sul numero di pezzi prodotti giornalmente; la minimizzazione della quantità di lega di iniettare per il

singolo pezzo abbatte i costi di materia prima, di energia e riciclo; pochi punti percentuale nella riduzione dello scarto si può tradurre in interessanti vantaggi economici; infine, il prolungamento della vita delle attrezzature riduce l’incidenza sul costo del singolo pezzi. Le tecniche di ottimizzazione multi-obiettivo, come quelle applicate in questo caso, supportano adeguatamente la determinazione della soluzione ottimizzata e robusta che deve soddisfare tutti questi obiettivi spesso fra loro contrastanti. L’elevata conoscenza dei difetti e l’opportuna interpretazione dei risultati virtuali è un prerequisito fondamentale all’uso di simulazione e algoritmi di ottimizzazione. Il documento sulla classificazione dei difetti pubblicato da AIM (Associazione Italiana di Metallurgia) fornisce un valido contributo per la valutazione di tali problematiche fornendo notevoli spunti di riflessione e risulta essere un buon punto di partenza per affrontare uno studio avanzato che permetta di determinare le cause di scarto dei componenti prodotti. Il modulo Radiatore 350, oggetto di questo articolo, è un componente prodotto dal Gruppo Ferroli ad elevato impatto estetico, prodotto su stampo monoimpronta, che presenta in origine notevoli problematiche produttive, determinando un elevato scarto. Al fine di contenere i costi di produzione e migliorare la qualità estetica e di tenuta a pressione del particolare risulta opportuno verificare la fase di progettazione “processo – prodotto”, per poter introdurre delle azioni correttive adeguate nella realizzazione del nuovo stampo. Simulazione e ottimizzazione del processo di pressocolata La fase di riprogettazione del processo produttivo segue il normale iter che viene affrontato da un buon “Project Manager”, avvalendosi in questo caso di un sistema virtuale di simulazione del processo produttivo. Lo schema operativo può essere sintetizzato come segue:


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Fig. 2 - Distribuzione delle temperature del metallo durante il riempimento in due differenti istanti Metal temperature distribution during die filling at different times

Fig. 3 - Criterio “Airpressure”: criterio che fornisce indicazione della presenza d’aria inglobata all’interno del getto The “air-pressure” criterion provides information about the air inside the casting

A. Diagnosi del progetto originale: simulazione del processo nella versione originale e successivo confronto con la produzione reale. B. Soluzione progettuale: ottimizzazione del processo di pressocolata avente lo scopo di migliorare la qualità del componente pressocolato riducendone gli scarti. C. Realizzazione del progetto: costruzione e lavorazione delle parti stampanti. D. Collaudo e approvazione: esecuzione della campionatura reale definitiva al fine di validare il processo. Questo studio segue le quattro fasi sopra descritte sino all’analisi di costi-benefici espressa dal produttore nelle conclusioni. Simulazione del processo nella versione originale L’analisi virtuale di riferimento della produzione in atto permette di ottenere i primi risultati tangibili identificando le molteplici cause che determinano il valore di scarto con l’opportuna selezione dei criteri di qualità virtuali in accordo con le indagini di laboratorio effettuate sui particolari prodotti dal Controllo Qualità.

Lo studio, svolto nel rispetto dei parametri reali di produzione, mette in evidenza le possibili cause dei difetti riscontrati in produzione. L’analisi fluidodinamica del processo evidenzia infatti un andamento piuttosto turbolento del flusso determinando l’insorgere di inglobamenti d’aria (Fig. 2). In particolare è possibile verificare come le zone affette dalle più marcate porosità, riconducibili ad inglobamento d’aria, siano quelle poste nel lato a vista del pezzo (Fig. 3). La generazione di cavità isolate lontane dalla linea di divisione comporta l’inevitabile inglobamento d’aria tanto più critico quanto più la dimensione della cavità è grande. L’obiettivo del progettista è la determinazione della giusta configurazione geometrica di colata e la corrispondente curva di iniezione, in accordo con le potenzialità della pressa prescelta, che permetta al fronte di metallo di spingere il più possibile l’aria verso le linee di divisione delle parti stampanti e all’interno dei pozzetti. Pur se presenti notevoli differenze di spessore, si pensi alla dimensione delle alette (molto sottili) rispetto ai mozzi (particolarmente massivi), la fase di solidificazione


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non evidenzia criticità particolari confermando l’analisi di laboratorio svolta. In questo caso, l’iniezione della lega è evidentemente la fase del processo che necessita di interventi correttivi con l’introduzione di variabili e/o modifiche che possano essere più o meno invasive sull’attrezzatura già esistente. Ottimizzazione del processo di pressocolata Come spesso accade nella pratica di fonderia, le soluzioni ai difetti possono essere molteplici e non risulta semplice la ricerca del miglior compromesso con le esigenze funzionali di riduzione di peso, di elevata produttività e di una vita lunga degli stampi.

Fig. 4 - Individuazione delle zone oggetto di studio sul componente Identification of the areas to be analyzed in the component

L’obiettivo principale della fase di ottimizzazione è la determinazione, con modalità totalmente automatica, della migliore configurazione del processo. Lo scopo viene perseguito sfruttando il modulo MAGMAfrontier grazie al quale è possibile simulare un gran numero di varianti che possono coinvolgere parametri di tipo geometrico e di processo. La fase di ottimizzazione si basa su una prima sequenza di configurazioni da simulare (DOE, Design of Experiment) selezionate grazie all’uso dell’algoritmo “Reduced Factorial” (tale algoritmo si basa su due distinti livelli di algoritmo “full factorial”, dei quali solo una parte dei design viene generato) assieme all’algoritmo “Sobol” che copre lo spazio vettoriale dei valori intermedi nel modo più efficiente possibile; la combinazione di questi algoritmi permette di coprire in modo completo lo spazio vettoriale delle variabili in input garantendone la rappresentatività rispetto alla popolazione di design completa. Le generazioni successive sono create da un algoritmo genetico definito MOGA che permette di determinare ulteriori popolazioni di design basandosi sulla combinazione dei migliori design della prima sequenza di DOE in base a criteri di elitismo e mutazione. Nonostante la complessità del tema trattato, l’utilizzatore è chiamato a definire solo il numero delle configurazioni della prima sequenza ed il numero di generazioni successive in funzione del tempo a disposizione.

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L’impostazione del progetto di ottimizzazione consta di due fasi principali volte alla definizioni delle variabili e degli obiettivi che traducono l’esperienza del progettista in un insieme di ipotesi parametrizzabili nel rispetto dei vincoli progettuali e di fattibilità. La prima fase prevede la definizione delle seguenti variabili e rispettivi intervalli di variazione: • parametri geometrici che governano la definizione della geometria del sistema di colata; • parametri geometrici che governano la dimensione e la posizione dei pozzetti di sfiato; • parametri di processo che determinano la legge di avanzamento del pistone durante la fase di iniezione (curva di iniezione). Nel caso specifico è stata fatta variare la velocità del pistone di seconda fase. Gli obiettivi principali dell’ottimizzazione si rivolgono alla qualità del getto in termini di riduzione di inglobamenti d’aria in funzione del valore massimo raggiunto espresso in mbar e del corrispettivo volume pesato d’aria, in particolare per le zone ritenute più critiche del getto (Fig. 4). L’approccio multi-obiettivo mantiene separati gli obiettivi per le 4 aree di valutazione senza dover attribuire arbitrariamente un peso ad ognuna di esse. In questo modo si possono identificare le variabili, geometriche o di processo, che maggiormente incidono sulle singole aree spostando la criticità da una zona all’altra, o che stabiliscono il miglior set-up di produzione con la massima qualità in tutto il getto. I risultati ottenuti, con una fase di studio comprensiva di 172 configurazioni calcolate, identificano una frontiera di Pareto (insieme delle soluzioni migliori) che evidenzia le migliori configurazioni corrispondenti agli obiettivi prefissati inizialmente. Tali configurazioni possono essere inoltre messe a confronto con la configurazione di partenza, grazie all’utilizzo di grafici bidimensionali e strumenti statistici sui principali indici di qualità, per poterne apprezzare gli incrementi qualitativi. Tra questi, il progettista può selezionare il design definito “ottimale” in base a propri criteri decisionali per poi comunicare le modifiche e applicarle nella nuova campionatura. Nel caso specifico l’analisi dei risultati su grafico bidimensionale permette di verificare la notevole riduzione delle dimensioni e della concentrazione delle bolle d’aria residue nel pezzo ed il corrispettivo valore massimo di sovrappressione d’aria delle stesse (Fig. 5), ottenute con il design 43 rispetto alla produzione originaria.


22 - Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 identificate come critiche (in particolar modo le zone a vista) ed una notevole riduzione della massa critica.

Fig. 5 - Volume pesato critico della sovrappressione nel getto in raffronto con la massima sovrappressione nel getto Critical weight/volume of the over-pressure in the casting compared to the maximum over-pressure in the casting

In particolare, il diagramma di Figura 5 mette in relazione il valore di pressione d’aria inglobata nel tettuccio del radiatore con il volume pesato di aria inglobata nell’aletta frontale. Il primo criterio si utilizza tipicamente per predire i punti di massima concentrazione di bolle e all’aumentare del valore cresce la dimensione della bolla. Il volume pesato consente di individuare le zone con piccolo volume interessato da bolle con alta concentrazione di aria o viceversa le aree con numerose micro bolle a bassa concentrazione di aria ma distribuite su gran volume dell’aletta estetica. Il confronto diretto della distribuzione di sovrappressione d’aria nel getto e la valutazione della massa coinvolta dai valori critici evidenziano l’ottimo risultato ottenuto (Fig. 6). È possibile infatti verificare un notevole abbassamento dei valori di sovrappressione massima nelle zone

Fig. 6 - Distribuzione del criterio di sovrapressione d’aria a fine riempimento Distribution of the air over-pressure criterion at the end of the die filling

Realizzazione e Campionatura Il presente lavoro descrive un approccio al lavoro di progettazione sfruttando tecniche di ottimizzazione virtuali (MAGMAfrontier) che permettono di identificare la migliore configurazione geometrica e di processo in grado di elevare al massimo la qualità dei componenti prodotti riducendone al massimo gli scarti e garantendo la vita delle parti stampanti. Una dinamica di lavoro come quella descritta ha l’ulteriore vantaggio di eliminare fasi intermedie di campionatura con relative riprese di aggiustaggio dello stampo. Si consideri infatti che la parte preponderante della campionatura viene svolta a livello virtuale andando ad esplorare numerose configurazioni che in una situazione ordinaria di campionatura reale non verrebbero verificate per ovvi motivi. Al termine della progettazione virtuale i risultati ottenuti vengono messi in opera come è avvenuto per il caso Ferroli (Fig. 7). Lo stampo prodotto e testato con una prima campionatura ha permesso di ottenere subito risultati definiti ottimi fin dalle prime battute, permettendo di avviare rapidamente la produzione con un calo drastico degli scarti dovuti ai difetti presi in esame dalla simulazione di processo (dal 55 % allo 0,5%). Ecco cosa scrive il capo-fonderia dopo la prima settimana di produzione con il “nuovo” sistema di colata: “…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 prsentato difetti di riempimento o


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Fig. 7 - Nuovo modello del sistema di colata e realizzazione del particolare The new model of the casting system and the manufactured component

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 di ben 4 secondi il tempo ciclo della pressa, aumentando, quindi, la produttività della stessa”. Anche la successiva fase di collaudo in fase di lavorazione e assemblaggio (eseguita dopo diversi giorni di stampaggio) ha fornito esito positivo: “…A metà circa della scorsa settimana, inoltre, sono stati assemblati in linea circa 20.000 elementi di nuova produzione senza nessun rilevante problema, sia dal punto di vista del riempimento dell'aletta faccia vista, che di tenuta a pressione degli elementi”. La bontà dei risultati ottenuti è stata inoltre testata anche nell’applicazione dello stampaggio di elementi con estetiche diverse da quella interessata dell’analisi virtuale. Sebbene la variazione delle caratteristiche estetiche tra le diverse gamme proposte dal Gruppo Ferroli sia alquanto influente nella determinazione dei flussi di riempimento del getto (soprattutto a livello delle aree di valutazione n°2, 3 e 4 in parte), l’ottimizzazione del canale di colata ha fatto si che anche le altre gamme prodotte sullo stesso stampo abbiano trovato giovamento dalle modifiche apportate. Le percentuali di difetti, anche nel caso di questi altri prodotti realizzati, hanno subito una riduzione del tutto analoga all’elemento oggetto della simulazione. Infine, a dimostrazione della robustezza della soluzione progettuale, l’analisi di sensitività ha evidenziato quali siano i parametri geometrici o di processo che maggiormente incidono sulla qualità del prodotto. La manutenzione riguardante i tasselli di colata, ad esempio, viene ora programmata sulla base del numero di stampate eseguite, per ripristinare le sezioni di colata a progetto, visti gli effetti che il deterioramento di tali passaggi hanno evidenziato nel tempo sull’andamento qualitativo della produzione.

Conclusioni Questo studio dimostra che le aziende che si occupano di pressocolata sono sensibili all’innovazione e ottimizzazione con gli opportuni investimenti principalmente indirizzati alla capacità produttiva, all’efficienza e alla qualità dei prodotti. Nel caso in esame è stato affrontato quest’ultimo aspetto con particolare riferimento ad alla categoria di difetti prodotti in fase di riempimento che costituiscono la maggior criticità per componenti a spessore sottile ed omogeneo come i radiatori. Anche se il processo di pressocolata sembra completamente automatizzato e sotto controllo, il difficile setup dei parametri di processo ottimali per la produzione dello specifico prodotto, o famiglia di componenti simili, suggerisce l’adozione di tecniche di simulazione e approccio di ottimizzazione multi-obiettivo per raggiungere livelli qualitativi stabili e di eccellenza. Ne risulta che il setup del processo e l'ottimizzazione dei relativi costi dipendono fortemente dalle capacità e competenze di poche persone; ciò influisce pesantemente sui costi di produzione, la cui quantificazione è incerta e variabile. I maggiori benefici dall’uso della simulazione si ottengono in fase progettuale con la proposta della soluzione ottimale, la realizzazione delle attrezzature e il collaudo immediato tramite campionatura. La misura del vantaggio industriale, in termini di costo e prestazioni, si deduce dal confronto con la diagnosi dell’efficienza produttiva del progetto originario, come testimoniato in questo articolo. Ringraziamenti Il lavoro di ottimizzazione è stato svolto in stretta collaborazione con i tecnici del gruppo Ferroli in particolar modo si ringrazia la disponibilità dell’Ing. Alessandro Garlet. Per ulteriori informazioni: Nicola Gramegna, EnginSoft info@enginsoft.it


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Multi-Objective Optimization of Electromagnetic Devices Integrating modeFRONTIER with ANSYS Maxwell Multi-Objective optimization tools, and in particular the modeFRONTIER product from ESTECO, are nowadays successfully adopted as standard design methodologies in many application fields (aerospace, automotive, appliances, biomedical, etc.), but they have not yet been intensively employed in electromechanical design. The big advantage offered by the modeFRONTIER technology is its capability to automatically optimize, through the execution of a series of different CAE simulations of parametric models, several and contrasting objectives at the same time. In this way, users can achieve important targets, such as performance or efficiency maximization, consumption, weight or dimension minimization, fulfilling all the required constraints and targets. modeFRONTIER not only offers a large variety of Optimization Algorithms, such as multi-objective Genetic Algorithms, Evolutionary Strategy, Game Theory, Particle Swarm, Gradient Based and SQP, etc., but it also allows the user to build a complete workflow where all the modular components of the optimization chain can be defined for a full automatic execution (I/O variables, I/O files, models and scripts to be executed, etc..). Moreover, it offers a complete post-processing environment, including statistical analysis tools, e.g. Six Sigma and Quality Analysis, Response Surfaces and Meta-Models, and much more. Several direct interfaces for many CAE software, including the complete ANSYS suite, can be used in the modeFRONTIER workflow. This allows the user to automatically choose the I/O parameters defined in the CAE model for the optimization. In addition, a Grid functionality (or queuing system) is available in modeFRONTIER to launch the different design simulations in parallel on different machines available in the local network, thus fully exploiting the available CPU resources. Here the optimization of an axisymmetric solenoid is described. The armature force will be maximized while minimizing the amount of steel for the core and housing, in order to create the most cost-effective design. An ANSYS ANSOFT Maxwell application has been used to simulate the electro-magnetic field. As we can see, modeFRONTIER is able to automatically drive the geometrical parameters using the direct interface with

ANSYS Workbench. The following brand-new optimization algorithms of modeFRONTIER have been applied and compared in terms of efficiency and results: • HYBRID: combines the robustness of a GA and the accuracy of a SQP. • FAST: combines any efficient Multi-Objective optimization algorithm with automatically updated Response Surfaces able to extrapolate the response of the system thus reducing drastically the required number of CAE simulations. Problem description Solenoids are electromagnetic devices that provide linear motion over a short displacement. Due to their simplicity, reliability, and low cost, solenoids are widely used in switches, relays and valves. The force/displacement characteristic of a solenoid is of primary importance. A solenoid simply consist of a coil that generates a magnetic field. Due to this magnetic field, a force acts on a ferromagnetic projectile, called the plunger, within this magnetic field. This force moves the plunger towards the center of the coil. Figure 1 reports the model created in ANSYS ANSOFT Maxwell, as well as details of the geometrical parameters considered: tip length, housing length and core length. From the simulation, it is possible to extract the armature force, which will be maximized in our optimization problem, and the total mass, which is to be minimized.

Fig. 1 - Solenoid model in ANSYS Maxwell


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All the input and output parameters are explicated in the ANSYS Workbench project. modeFRONTIER Integration The multi-objective design environment modeFRONTIER enables users to integrate different computational software (any commercial or in-house code) into a common design environment, thus allowing the automatic run of a series of computations proposed by a selected optimization algorithm, until the specified objectives are satisfied. In this modular environment, each component of the optimization process, including input variables, input files, scripts or direct interfaces to run any software, output files, output variables and objectives, is defined as a node to be connected to the other components. ANSYS ANSOFT MAXWELL can be coupled using a Visual Basic script to drive the model. From ANSYS WORKBENCH v.12, the integration is even easier and more straightforward as Maxwell can be directly driven from Workbench. In this context, the ANSYS direct interface available in modeFRONTIER plays an important role for designers, since all the design parameters and responses defined in the model are automatically recognized by the interface, and therefore, the model can be easily integrated into the optimization loop. In this way, the complete logic flow from parameterization to performance evaluation is defined by the user, who can now select from several available optimization algorithms and accordingly to the objectives defined. ANSYS Interface of modeFRONTIER Fig.2 shows the optimization workflow set up for this particular application: all the input parameters (illustrated in the previous section) are defined by dedicated nodes, which specify their range of variation. They are all linked to the application node: the ANSYS direct interface. The execution of this node automatically updates the values of the design variable for each different configuration proposed by the optimization algorithm, and the updated model is automatically simulated extracting the specified outputs (defined by the relative nodes in the workflow). The required input and output variables are automatically introspected by the dedicated interface inside the original model, while the user only has to select the ones that should be assigned to the variable nodes of the optimization workflow. GRID Functionality of modeFRONTIER From the Run options of modeFRONTIER, it is possible to activate the Grid tool. If modeFRONTIER is launched on a server machine, it is possible to execute some application nodes (including the ANSYS node that launches the Maxwell simulation) on a

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set of specified remote machines available in the network (fig.4). Jobs are therefore assigned by the system to different grid nodes according to the load balancing policy, excluding nodes that are disabled or cannot execute jobs. In this way, the available computational resources of the local network can be fully exploited.

Fig. 2 - modeFRONTIER workflow and ANSYS interface

One requirement is to mount a common directory which is visible from all the nodes of the Grid (as a “Network drive” in Windows OS). Then the agent should be configured via the Grid Manager on each machine that will enter into the Grid. As soon as the Grid System is activated on each machine, the optimization can be launched by modeFRONTIER. For the application presented in this paper, four doubleCPU Linux machines had been used in the Grid, allowing to complete in 10 minutes (the average time needed to complete one simulation on each double-CPU machine) 4 simultaneous different simulations relative to as many different model configurations proposed by the optimization scheduler. The FAST and HYBRID multi-objective algorithms of modeFRONTIER To solve the multi-objective problem described in chapter one, different multi-objective algorithms available in modeFRONTIER have been used and their results have been compared. Besides the classical NSGA algorithms and their evolution (MFGA or Magnifying Front Genetic Algorithm), two brand new algorithms have been applied. The first one is called FAST, and is based on the integration of robust algorithms like MOGAII (MultiObjective Genetic Algorithm) and the efficiency of the Response Surface Methodologies (fig.7). Starting from a set of design data (DOE), different Response Surface Meta-Models (Radial Basis Function, Kriging, Neural Network, SVD, etc...) can be trained, and they can be used to automatically extrapolate the response of the system in function of the design variables. In this way, a full virtual optimization step can be


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Fig. 3 - Optimization results applying different algorithms

performed (virtual in the sense that CAE and other application analysis are not evocated, but results are extrapolated directly from the RSM mathematical MetaModels). This includes a local refinement DOE phase around the best solutions, while the best solution so far obtained, the Pareto frontier, can be validated using real simulations: the chain of the workflow. Thus the Response Surface Meta-Models are updated, until a convergence is reached, with the new real designs evaluated in subsequent steps. The other algorithm considered, HYBRID, is based on the combination of the robustness of a GA (MFGA as mentioned above), the accuracy of a gradient-based algorithm like SQP (which is included as an additional genetic operator with a given probability percentage) and also on the rapidity of the RSM, as the partial derivatives required by the SQP are approximated by the local RSM. Optimization Results In order to compare the efficiency of the different algorithms that were applied, the same overall number of simulations has been performed. Due to the simulation time needed for each analysis and the available resources, it has been decided to consider a global number of 300 simulations for each optimization. Each optimization was performed starting from the same DOE or data set: in this case, 15 designs where uniformly distributed in the design space thanks to the Uniform Latin Hypercube DOE available in modeFRONTIER. This means that the GA (Genetic Algorithms) required the computations of 20 generations, while for the other two algorithms, the algorithms were stopped after the execution of a total number of 300 designs. The charts shown in Fig.3 report the results obtained by the application of the four algorithms, indicating in abscissa the objective of volume, to be minimized, and in ordinates force, to be maximized. It is interesting to see how differently the three algorithms moved around the

objectives space. MFGA jumped in the Pareto region, yet is not able to show a continuous frontier. FAST, on the other hand, explored uniformly the objectives space and, after 300 evaluations shows a well continuous and uniformly populated Pareto frontier. Finally, HYBRID, behaves in a similar way but is the only one, among the four, that is able to discover the frontier in the upper right corner. Considering the Pareto points (set of nondominated points or optimal solutions) belonging to the single runs, it is possible to observe that the FAST and HYBRID algorithms had found more points, and hence are the most efficient. In Fig. 3, also the global Pareto frontier is highlighted, considering all of the 1155 evaluated designs. Only 4 of the 121 points found come from NSGA2 classic, 26 from MFGA, while 47 and 44 from FAST and HYBRID. Conclusions modeFRONTIER offers a valid and efficient multi-objective and multi-disciplinary optimization environment, including direct interfaces for the most common CAE software, Grid for distributed resources and efficient algorithms, such as HYBRID and FAST. The easy integration with ANSYS ANSOFT MAXWELL through the ANSYS WORKBENCH direct node has been well demonstrated. The new hybrid genetic algorithms (FAST and HYBRID) have shown to be, not only more efficient in terms of number and uniformity of Pareto Points found, but also overall performed better than the classical advanced genetic algorithms, with the same number of design evaluations. Matteo Nicolich, Alberto Clarich ESTECO srl For more information: Francesco Franchini, EnginSoft info@enginsoft.it


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Optimization of Process Parameters for Aluminum Longitudinal Friction Stir Welded Joints Friction Stir Welding (FSW) is a solid state joining technique whereby a rotating tool, consisting of a shoulder and a pin/probe, is inserted into the abutting edges of two plates and traversed along the weld line. The frictional contact generates heat which reduces the localized yield strength of the workpiece material; the plasticized material stirs around the tool and recrystallises in its wake. A schematic of the process can be seen in Fig. 1.

Fig. 3 - Resulting temperature distribution in the FSW process.

Fig. 1 - A schematic of the Friction Stir Welding process.

Fig 4 - Numerical and measured temperature distribution.

alloy respectively). In order to verify the optimization model a CNC milling machine was modified to realise longitudinal friction stir welds.

Fig. 2 - Resulting tool temperature distribution.

Study Objectives The current work aimed at optimizing the process parameters for the FSW process by developing different parametric FEM models coupled in a multi-objective optimization environment and establishing an operating window for a specified tool and workpiece material combination (AISI H13 steel and AA5083-H111 aluminum

Material Development To create an accurate FEM model to simulate the FSW process, yield strength versus temperature curves were found and entered into the engineering materials library in ANSYS v13. The temperature dependant relationships were defined for both the tool and the workpiece material. Tool Temperature Distribution In order to develop a thermal model for the FSW process a temperature distribution for the tool was developed so that, once the correct thermal loads were applied to the tool, the heat transfer would conduct into the workpiece, resulting in the desired distribution for the system. A


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Fig. 5 - Loads applied to the tool in the Plunge rate and Dwell Time model

Fig. 8 - Illustration of the bodies used in the Feed Rate model.

could be obtained by bringing the tool into contact with the workpiece, as can be seen in Fig. 3. The FSW process was then represented by three separate models as described in the following three sections.

Fig. 6 - Resulting thermal distribution of the Plunge Rate and Dwell Time model.

Fig. 7 - Geometry used for the Feed Rate model.

temperature applied to the shoulder and pin was estimated as 85% of the workpiece melting temperature which was 638째C. Convection thermal loads were applied to the remainder of the tool. modeFRONTIER was used to minimize the temperature difference between the current thermal model and existing experimental thermal data. The resulting temperature distribution can be seen in Fig. 2. Resulting Thermal Model Once a correct temperature distribution was achieved in the tool, a thermal model for the FSW process as a whole

Rotational Speed Model It was decided to apply a heat flux to the tool as the temperature in the model would change depending on the amount of time the material was exposed to this thermal load, thus simulating the mechanism of frictional heat generation either whilst the tool dwells or feeds. Using an initial applied heat flux a prediction of the temperature distribution along the weld line was made. Subsequently trials were performed to verify this prediction which resulted in the two temperature distributions shown in Fig. 4. modeFRONTIER was then used to minimize the residual between the two curves and an optimum heat flux could be achieved that allowed the curves to closely resemble each other. Finally, it was decided to perform the above analysis on three different trials that occurred at three different rotational speeds with the remaining parameters being kept constant. The result was that an analytical expression could be obtained relating the rotational speed to the heat flux. Plunge Rate and Dwell Time Model The plunge phase of the process was simulated by sequentially activating a heat flux on the respective slices of the pin and shoulder according to the chosen plunge rate, as shown in Figs. 5 and 6. During the last step, representing the dwell phase, every slice was activated for the length of the selected dwell time. Feed Rate Model The model shown in Fig. 7 was used to simulate the feed. It makes use of a series of bodies in the shape of a simplified tool repeated along the weld line of the


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rate and dwell time constant. The optimized model allowed for efficient development of initial operating parameters that resulted in successful welding trials. Conclusions • The optimized model predictions using modeFRONTIER were found to lie within the operating window that was defined by experimental trials as shown in Fig. 11. • The physical welding trial that was performed at the optimized process parameters predicted using modeFRONTIER was flaw-free. • New features in ANSYS release 14.0 may allow more accurate predictions to better model frictional heat generation.

Fig. 9 - Resulting thermal distribution of the Feed Rate model.

Acknowledgments The authors would like to thank Mr. Igor Correia and Mr. Francesco Pietra for their significant contribution pertaining to the modelling performed throughout this work; Mr. Marius van Wyk for his expertise in performing the welding trials and the technical staff at the Barloworld Laboratory of the University of the Witwatersrand for their constant support throughout the duration of this work. The authors would also like to acknowledge the project sponsors: the South African National Research Foundation (NRF) and Hulamin Corporate.

workpiece as shown in Figs. 7, 8 and 9. A heat flux was applied to the first body with an exposure time equal to that of the dwell time so that the feed phase occurs at the dwell’s end temperature. This temperature was then applied to the local region below the tool’s shoulder for each subsequent body. Parameter Optimization Once the three separate models were developed, they were linked in modeFRONTIER using the workflow shown in Fig. 10. It was decided to minimize the rotational speed of the tool and to maximize the feed rate to make the system as efficient as possible. It was decided to keep the plunge

Fig. 11 - Operating window shown on process map.

D. Correia, C. Polese School of Mechanical, Industrial and Aeronautical Engineering - University of the Witwatersrand National Aerospace Centre - National Research Foundation - Hulamin Corporate, South Africa

Fig. 10 - Revised process optimization workflow

For more information: Prof. Claudia Polese or Mr. Daniel Correia University of the Witwatersrand, Johannesburg Claudia.Polese@wits.ac.za or Daniel.Correia@students.wits.ac.za


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Genetic Algorithms in the Optimization of Cable Systems In recent years, cable-strut assemblies attract a lot of attention from engineers, due to their versatile shapes, their lightweight and architectural impact. Cable-strut structures have become popular as roofs for arenas, stadiums and sport centers. Yet their working principle is not so easy to understand since they can carry loads thanks to prestress, so that their behavior under loads must be studied taking into account, at least, the geometrical non-linearity. For these reasons, design experience and intuition may not be enough when engineers work with cable systems.

(Motro, 2003). In these systems, the geometrical shape and the prestress in the elements play a crucial role in the structure stability. The first civil structure inspired to the tensegrity principle is the cable dome proposed by Geiger and first employed for the roofs of the Olympic Gymnastics Hall and the Fencing Hall in Seoul (Geiger et al. 1986). The largest existing cable dome is the Georgia Dome designed for the Atlanta Olympics in 1996 (Yuan et al. 2003). In this article the design of the cable systems is explained, and the Geiger Dome is used as an example.

In this article, the matrix theory of a generic threedimensional pin-jointed structure is first referred. Then, by using modeFRONTIER, a general method able to provide a design solution, which is not only technologically sound, but optimal with respect to the design requirements, is applied to the design of a Geiger Dome.

Particular emphasis is put on a particular optimization procedure, based on a genetic algorithm. This allows us to find a design solution that is not only technologically sound, but optimal in the design requirements (Biondini et al. 2011). The genetic algorithm of the modeFRONTIER software will be used.

Introduction A structure, with a new particular shape cannot be considered as an innovation just because it is very complex. An innovation is a new system working with new mechanical principles, for a better use of materials, lightness etc. Cable-strut assemblies are not an innovation because they are truss systems that are wellknown for centuries. However, their last development the tensegrity systems – can be seen as a real innovation

Matrix Analysis of Pin-joined frameworks The matrix formulation is based on Pellegrino and Calladine theories (Pellegrino 1986). The hypotheses are: a) members are connected by pin-joints; b) the connectivity between nodes and members is known; c) self-weight of members is neglected and the additional loads are applied only in the nodes; d) buckling of the strut is not considered. Hypotheses a) and c) let the members work only with axial forces, either in compression or tension. When we consider a generic three-dimensional pin-jointed structure, the equilibrium equations can be written in the following form: At = f (1)

Fig. 1 - The Georgia Dome in Atlanta, U.S.A. reproduced by Tibert, 1999

where A is the equilibrium matrix, t the vector of internal forces and f the vector of nodal forces. In addition, it can be proved through the virtual work principle that the compatibility equation is: Atd = e (2) where At is the compatibility matrix, d the vector of nodal displacements and e the vector of element elongations.


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Fig. 2 - Details of the Geiger dome

Through the exploration of the balance subspaces it is possible to classify the pin-jointed framework. In fact, by defining the number of state of selfstress (s) and the number of internal mechanisms (m), we will see the situations listed in Table 1.

Table 2 - State of self stress of the dome

Table 1 - Classification of structural assemblies

As pointed out in “Pellegrino 1993”, all the information about the assembly can be obtained by the singular value decomposition (SVD) of the equilibrium matrix, whose details are given in “Quarteroni et al. 2008”. The state of self-stress is represented by the solutions At = 0, and the mechanism by the solution Atd = 0. The Geiger Dome In a Geiger Dome the ridge cables are radially oriented, and the roof is composed of wedge shaped basic units, cyclically distributed around the centre. The Geiger Dome here represented is defined by 84 nodes connected with 156 elements, as shown in fig. 2. The structure is composed of 36 struts and 120 cables. The 12 external nodes are fixed. The symmetry of the dome allows to subdivide the elements into 13 groups, as shown in fig. 2(b). Given the connectivity and the fixed nodes, the state of self stress can be computed through the singular value decomposition of the equilibrium matrix. The results are reported in table 2. In addition, s=1 and m=61, hence the structure is statically and kinematically indeterminate. However, the self-stress state can stabilize all the internal mechanisms.

Until now, only one balance problem has been solved. In fact, since the vector reported in table 2 is a base, any coefficient Ψ can be chosen, so that Ψ t=0. The precise value of Ψ must consider the performance of the structure under external loads and the resistance of the material. So, for practical purposes, the introduction of additional design criteria, such as structural performance in terms of rigidity and deformability, is needed. This leads us to introduce new variables, such as stress intensity and the actual section of the elements that must also match those of commercial profiles (Biondini et all 2011). The algorithm chosen here is a genetic algorithm implemented in the commercial software modeFRONTIER. Applied loads and constraints In addition to the prestress system, two sets of loads are considered: a) the structural weight; b) a live vertical load q=0.5kN/m2, uniformly distributed over the dome. The constraints of the problem are: 1) a constraint on the maximum dome displacements:

(3) 2) a constraint on cable resistance: the forces must comply with the resistance FRd provided by the manufacturer reported in Appendix A, with a safety margin γs,i = 1,5. 3) a constraint on strut instability:


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Table 3: Optimal solution provided by modeFRONTIER

Table 4: Initial safety margins

Table 5 - Final safety margins

(4) The first constraint has to be verified under loads, the second and the third have to be verified for both, the prestressing state only and for loads. So, two types of safety margins will be provided: the initial safety margins and the final safety margins.

Fig. 3 - Logic and data flow of the optimization process in modeFRONTIER

Fig. 4 - Probability density function of some variables

Representative design variables of the problem The representative variables of the problem are: • the coefficient Ψ (1 variable); • the cable sections divided into groups (10 variables); • the strut sections divided into groups (3 variables). This means that the optimal solution is searched in a space of 14 variables. The area of the cables has to match those ones of the normalized product. The list of commercial areas considered by the genetic algorithm is reported in Appendix A. Therefore, the algorithm considers 64 different cable types. For the struts, 50 circular sections with the following defined diameter are considered. Ф = 25 : 5 : 240 [mm] (5) Results of the optimization process The evaluation of displacements and internal forces in the elements required to assess the fitness of each individual element was made possible by Cable 3, a finite element program implemented in Fortran. The program is able to handle the load response of a general 3D pin-jointed framework considering both mechanical and geometrical non-linearities. The commercial software modeFRONTIER as dealt with the structure optimization problem were p = 40, number of individuals in the population; pc = 0.85, crossover probability; pm = 0.05, mutation probability; elitism disable. The data flow and the logic flow of the modeFRONTIER process are reported in Fig. 3. The optimal solution is shown in Table 3.


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Fig. 5 - Simulation statistics

In Table 4 and 5, the initial and the final safety margin are illustrated. In fact, when dealing with cable systems, not only the final state of the structure (under all loads), but also the initial state (under prestress only) have to be verified. From the tables, we can observe that the dominant condition may be in the initial or in the final state. In fact, there are some elements that increase their force under loads (Fig. 6), while others decrease it, in accordance with the working principle of a cable system. For the optimal solution, the maximum deflection under loads is equal to -359.57 mm, practically coincident with the allowable maximum deflection set equal to -360 mm. Figures 10 and 11 show respectively the deformed shape and the axial forces for the optimal solution (Straus7 2004).

Conclusion In this article, an approach to the problem of optimal designs of cable structural systems has been presented. In these systems, the solution of the initial balance problem plays a dominant role. In fact, as these structures work only through axial forces, the geometry and the pretensioning intensity applied to the elements are closely related. Therefore, the balance configuration must be determined by specific form-finding techniques that provide both the form and the associated stress state. For practical purposes, however, this is not enough and an additional phase, that takes into account the structural performance in terms of rigidity and deformability, is needed. Experiences and intuition may not be sufficient in this second phase because the problem is affected by the geometrical non-linearities and for this reason, a feasible solution may require several trials. The authors have presented here a general method able to provide a design solution that is not only technologically sound, but optimal with respect to the design requirements.

(a) Deformed configuration

In the suggested formulation, the solution for the optimization problem has been provided by the genetic algorithm included in modeFRONTIER. This algorithm has been applied to the structural optimization of a Geiger Dome.

A. Albertin, P.G. Malerba, N. Pollini, M. Quagliaroli Department of Structural Engineering, Politecnico di Milano, Milan, Italy

(b) Final axial forces. Fig. 6 - Final control of the optimal solution with the commercial FE software Straus7

For more information: Francesco Franchini, EnginSoft info@enginsoft.it


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Simulation Technologies for Prevention of Natural Disasters The Applied Dynamics Conference of the Japan Society of Civil Engineering The Applied Dynamics Conference on “How applied dynamics can contribute as a countermeasure against natural disasters” took place on 17th January 2012. During the conference, past disasters, especially the severe Tohoku earthquake and Tsunami of 11th March 2011, were evaluated, and former countermeasures against disasters were reviewed. In a following session, delegates discussed how numerical simulation technologies are used in these fields and what are the main problems that we need to overcome to carry out and improve disaster prevention. Honor lecture The honor lecture “The Great Tohoku Earthquake and Tsunami, and the Countermeasure” was presented by Nobuo Shuto, Professor Emeritus of Tohoku University, who has established the Tsunami engineering field and who has been a pioneer in the same. The co-presenter was Shunichi Koshimura, Associate Professor at Tohoku University. Professor Koshimura is leading the Tsunami simulation research at the disaster control research center. Japan had already experienced several big Tsunami and Typhoon disasters with the tragic loss of thousands of lives before the great earthquake in March 2011. To protect its people, the Japanese government had invested significant financial resources in coastal projects against earthquakes and Tsunamis since the 1960s. Building structures, such as seawalls, breakwaters and floodgates, had been erected and warning and evacuation systems were put into place. These efforts contributed considerably to disaster prevention; there were times when it was said that the countermeasures for Tsunami were faultless. In March 2011 however, the well-established Tsunami countermeasures were almost completely deactivated by an unforeseen magnitude of 9.0 and the large areas that have been affected. In fact, the suppositions for earthquakes and Tsunami, that had been considered by the experts, were based on records of the past hundreds of years. It was in March 2011 when we tragically had to learn that our countermeasures based on experiences of a relatively short period of time, compared to the age of Earth, are not sufficient. In their speech, the presenters pointed out that we still have to overcome a lot of realistic problems such as: how to react to each individual and unpredictable Tsunami, how to deal with the factors that produce more dangerous and complex disasters, like numerous dilapidated structures and hazardous

objects, such as oil tanks, and how to stop floating objects such as cars, ships and destroyed houses. It was emphasized how important it is to solve these problems and to react to possible complex disasters that may occur in parallel or as a consequence, by gathering all the available knowledge and experiences from many different fields. Panel discussion The second half of the conference was dedicated to a panel discussion on the theme of “The current situation and future challenge of numerical simulation for natural disasters --- a major lesson from the Great Tohoku earthquake and Tsunami”. The panelists were numerical simulation specialists from different sectors, such as earthquake research, geotechnical engineering, structural engineering and Tsunami engineering. Following is a summary of each panelist’s message. Earthquake research: Tsuyoshi Ichimura, Associate Professor, Ph.D., University of Tokyo A more and more complicated city model can be created, as computational power and technology improves. To eliminate “unforeseen disasters” like the great Tohoku earthquake and Tsunami last year, it is important to establish and provide many scenarios. This means that we should consider analyzing many great earthquake and Tsunami patterns for each of the different local areas and offer several scenarios by combining

Fig.1 - Stress simulation results of Kobe earthquake and Tohoku earthquake applied to freeway bridge support column models using rubber bearing (seismic isolation design) and steel bearing. Courtesy of Mitsuteru Asai, Kyushu University.


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a lot of city modeling data and large scale simulations. We should evaluate safety against many supposed earthquake motions by simulating complicated structural models without simplifying. Geotechnical engineering: Kenichi Maeda, Associate Professor, Dr of Eng., Nagoya Institute of Technology The liquefaction from the Tohoku earthquake had caused considerable damage in a wide area. It is thought that liquefaction tends to take place because of sandy soil. However, more than 5 minutes of shaking produces liquefaction even with clay. This means that long continued shaking and/or repeated aftershocks increase the liquefaction damage, and a greater and more complex disaster will happen if many repeated Tsunamis are combined. For example, in case the Tsunami hits the breakwater’s foundations whose solidity is decreased by liquefaction, the breakwater is likely to fall as the Fig. 2 - Simulation result of inundation level recurrence in Sendai City caused by bearing capacity decreases. This makes Tsunami Tohoku earthquake and Tsunami. Courtesy of Shunichi Koshimura, Tohoku University / prevention itself impossible. Such a disaster has been Pacific Consultants / IBM / ESRI acknowledged, but exact countermeasures had not been Tsunami disaster, there was a case of a 4 story concrete implemented so far. This became very clear after the great building which moved 50m. It is important to analyze and disaster last year. It is important that we deal with those facts clarify how such a phenomenon occurred and to predict from now on. multiple damages by such dangerous castaways and fire disasters. We think that Multiphysics Simulation is a keyword Structural engineering: Mitsuteru Asai, Associate Professor, for the future. It is also essential to react as soon as possible, Dr.Eng., Kyushu University to protect Japan against future disasters which may occur, but Most damages from the Kobe earthquake, a big inland we don’t know when and where. To support these efforts, we earthquake that occurred 17 years ago, were the collapse of build more sophisticated models using high performance houses and buildings. There was also a case of a freeway bridge computing, such as KEI, the world’s no.1 super computer. that collapsed from the bridge support columns. After the Kobe earthquake, seismic isolators using rubber bearings were introduced and this quake-resistant technology progressed Conclusion further considerably. So, the direct damage from the It was a great opportunity for me to attend this conference and earthquake was less than in the Tohoku quake. Fig.1 shows the to learn about the simulation work and challenges for disaster stress simulation results in the case of a recurrence of the Kobe prevention. I would like to express my deep appreciation to the earthquake and the Tohoku earthquake, comparing the use of organizers and speakers, for the very interesting presentations rubber bearings and steel bearings. However, the Tohoku and program, and their precious support for this article. I have earthquake caused a secondary disaster by the big Tsunami, been involved in the mechanical CAE field for 20 years. Events hence the structures which survived the quake, collapsed by like this conference help me and many engineers to understand the later Tsunami. From now on, it is required to consider where simulation can be applied and most importantly: How it Multiphysics simulation coupling structural, geotechnical and can help people in the future. hydraulic engineering to prevent such severe disasters. The catastrophes of March 2011 were an immense shock to the Japanese people and Japan, as a technology-oriented nation. The disaster was also a big shock to many people and Tsunami engineering: Shunichi Koshimura, Associate Professor, Ph.D., Tohoku University specialists in CAE. Despite the fact that the use of CAE has been widely spread Following the Tohoku earthquake and Tsunami, we have been over the past 50 years and the technologies achieved doing Tsunami simulation to establish a recovery and reconstruction plan. Fig.2 shows the inundation level remarkable breakthroughs, especially in the manufacturing industries, it turned out that we need a far more complex and distribution in Sendai City by the Tsunami after the Tohoku thorough approach for disaster prevention in the earthquake. The damage from the Tsunami rapidly increases environmental and natural science fields. Let us hope that after the inundation level reaches 2m which is shown in orange advances can be achieved soon. In this light, let us support and red. For this reason, we are now doing simulation applying engineers and scientists in using CAE for our safety and a multiple protective plan adding new seawalls and dikes, to comfortable lives! see if it works. Our aim is to reduce the inundation area and Akiko Kondoh, depth, decreasing the number of houses destroyed by the Consultant for EnginSoft in Japan flood, and increasing the number of survival spaces. In the


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From Napoleon to LIONsolver “The commonality between science and art is in trying to see profoundly - to develop strategies of seeing and showing”. Edward Tufte Visualize relationships with LIONsolver The art and science to provide information through images is becoming easier to use for everybody. In addition to visualizing data about entities, visualizing relationships between them is crucial in many cases to

of entities. For example, the number of actual friendships/relationships of a person can be between ten and twenty friends, a much smaller number than the entire population on Earth. LIONsolver is able to draw arbitrary relationships between the data by importing an adjacency matrix, a matrix containing a value for the strength (the weight, the importance) of a connection between items corresponding to a row and a column. The connections can change through time, and LIONsolver is able to sweep through the data to show the evolution of their relationships. We created a simple case study on the flow of the French soldiers through the Russian cities during the Napoleonic invasion of Russia. The French Invasion of the Russia The French Invasion of Russia in 1812 was the turning point of the Napoleonic Wars; after suffering this defeat, the power of the French emperor decreased and one year later, he was forced to go into exile on the island of Elba.

Fig. 1 - drawing relationships with LIONsolver

understand the structure of the data. For example, it can be useful to visualize the flow of services or of information between different employees of a business, or between companies and customers, as well as relational or functional relationships between production units. In many cases, networks are sparse: relationships are present only among a small subset of all possible couples

Fig. 2 - Minard's original map

The campaign began on 24th June 1812, from the city of Kaunas (Kowno), and found no remarkable resistance until the battle of Borodino, where 40000 French soldiers died. When the French army reached Moscow, the number of men was about one half of the initial force, due to the difficulties


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with the advance into the country. The city of Moscow had been evacuated: it was hence very difficult to provide the necessary supplies to the army. Besides, the Zar did not ask for peace, as Napoleon had expected after conquering the Russian capital. Thus, after a month in Moscow, the French army started the disastrous withdrawal from Russia. Only 10000 soldiers survived the hunger, the frequent attacks of the Cossacks and the cold Russian winter. Minard's thematic map The French engineer Charles Joseph Minard is considered as the father of the information graphics because of his seminal works on trade and transportation flows. He said: “The aim Fig. 3 - the representation of the French invasion of Russia on a modern map of my carte figurative (figurative maps) (the map is taken from openstreetmap.org) is less to express statistical results, better done by numbers, than to convey promptly to the eye the relation not given quickly by numbers requiring mental LIONsolver on the road calculation.” Reactive Search organizes a series of road shows and courHe made a representation of the French invasion of Russia, ses in Europe and in the USA. Contact us to discover the where the destruction of Napoleon's Grande Armee in the last power of Learning and Intelligent OptimizatioN. months of 1812 is rendered in his dramatic force; the width of the line representing the route of the French army is Next courses: proportional to the amount of surviving soldiers. • Palo Alto - San Francisco (USA), February 13, 2012 • Frankfurt am Main (Germany), March 13, 2012 Reproducing Minard's map with LIONsolver • Paris (France), March 23, 2012 LIONsolver allows us to reproduce Minard's map; we present • Coventry (UK), April 13, 2012 two different representations: • in the first chart, we have used a current map of the More information at Russian country as background (taken from http://lionsolver.com/info/training/ openstreetmap.org); • the second chart shows the army's paths with Minard's Visit our web page map in the background. http://lionsolver.com and http://grapheur.com to download a free copy of the software. The charts we drew with LIONsolver can be animated by sweeping the data through the time. An animated version of the chart is available at the LIONsolver web page: www.lionsolver.com. We prepared this case study of LIONsolver to show that our software can provide interesting charts and graphics, not only in the usual “technical” context, but also in other areas of interest. For more information: www.lionsolver.com Roberto Battiti - Reactive Search battiti@reactive-search.com

Fig. 4 - our flow representation with Minard's map in the background


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ANSYS CFD 14.0 Prima di descrivere i miglioramenti disponibili nella versione 14.0 è fondamentale sottolineare che lo sforzo di sviluppo è orientato in due direzioni: da un lato ANSYS punta a rendere più semplici, rapide e se possibile automatiche le attività “meno ingegneristiche”, quali ad esempio la modellazione geometrica e la generazione delle mesh di calcolo, con l’obiettivo di facilitare e dare maggiore spazio all’attività di sviluppo prodotto vero e proprio; dall’altro lato ANSYS punta a rendere disponibili modelli sempre più completi e in grado di descrivere fenomeni fisici complessi, che coinvolgono anche discipline differenti, quali interazione tra fluidodinamica, strutturale ed elettro-magnetismo. Partiamo dagli aspetti che consentono di concentrarsi maggiormente sul prodotto e sul processo che devono essere ottimizzati tramite la simulazione. I miglioramenti introdotti sul modellatore geometrico ANSYS DesignModeler e sul meshatore ANSYS Meshing vanno nella direzione di limitare al minimo le operazioni necessarie per passare dal modello CAD alla generazione della mesh, tra i quali la pulizia delle superfici e la costruzione di un volume fluido. Il nuovo metodo di “Assembly Meshing” permette infatti di

La nuova versione ANSYS 14.0 è stata rilasciata a fine 2011 con diverse novità per i due software fluidodinamici ANSYS CFX e ANSYS FLUENT. costruire una mesh fluidodinamica a partire dal modello delle sole parti solide senza bisogno di creare il volume fluido. A questo si aggiungono miglioramenti sulla robustezza e flessibilità che permettono ad ANSYS Meshing di generare mesh di decine di milioni di elementi con limitata occupazione di RAM e di gestire domini molto complessi, che necessitano di strategie di mesh ibride (tetra-

Fig. 2 - “Adjoint solver” in ANSYS FLUENT, analisi di sensitività della portanza rispetto alla forma di un’ala per macchina di F1.

prism, hexa core, swept, …) e di notevoli infittimenti locali. Da sottolineare anche il continuo sviluppo della generazione di mesh in parallelo che consente di ridurre i tempi per modelli di grandi dimensioni.

Fig. 1 - miglioramento della scalabilità del calcolo parallelo su mesh di grandi dimensioni ed elevato numero di core (confronto ANSYS Fluent 13.0 e 14.0)

Punto fondamentale per l’utilizzo della CFD come strumento di progettazione è ANSYS Workbench che nella versione 14.0 accresce le proprie caratteristiche di piattaforma di lavoro all’interno della quale definire flussi di simulazione che integrano CAD e strumenti differenti per eseguire analisi parametriche e multi-fisiche. In particolare è ora possibile definire procedure di analisi in cui i codici CFD interagiscono con il solutore elettromagnetico Maxwell per il trasferimento delle potenze dissipate per effetto Joule o interazione fluido-struttura mono e bi-direzionale per


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Fig. 3 - “wall film model” con rilascio di gocce utilizzato per l’analisi di uno specchietto auto.

Fig. 4 - studio parametrico e ottimizzazione del mescolamento in una colonna di raffinazione tramite analisi CFD multi-fase.

ANSYS FLUENT (FSI 1-way e 2-way era già possibile per ANSYS CFX dalla versione 12.0).

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Questo consente all’utente di spendere meno tempo nel set-up numerico e di ottenere convergenze stabili in tempi ridotti (sono disponibili casi test eseguiti con le versioni 13.0 e 14.0 su mesh distorte, elevati numeri di mach e flussi multifase). Il secondo punto è la continua crescita di efficienza del calcolo parallelo, aspetto cruciale per la riduzione dei tempi di calcolo visto che sia il numero di core disponibili, sia la dimensione dei modelli sono in crescita costante (casi test eseguiti con mesh di oltre 100milioni di elementi su un numero di core superiore a 2000, Figura 1). Veniamo ora alla seconda direzione di sviluppo di ANSYS CFD: la completezza dei modelli disponibili. Questa linea di sviluppo è dettata dalle richieste dal mondo industriale di poter simulare fenomeni fisici sempre più complessi. ANSYS CFX e FLUENT si trovano di fronte all’obiettivo conflittuale di poter affrontare temi molto differenziati, relativi ai diversi settori e applicazioni industriali, con un grado di dettaglio sempre più spinto. In questo contesto sono stati sviluppati e introdotti in ANSYS CFD 14.0 modelli dedicati ai singoli settori: • Automotive, modelli dedicati alla simulazione di Internal Combustion Engine, sistemi di iniezione (spray), sistemi di scarico (SCR) e modelli di batterie per veicoli elettrici ed ibridi; • Energia, modelli dedicati alla riduzione dei tempi di calcolo su turbomacchine (Transient Blade Row) e modello Immersed solid per pompe volumetriche; • Chimica, processo ed Oil & Gas, modelli dedicati alla simulazione di flussi multifase e reagenti. Diversi miglioramenti sulla robustezza e facilità di convergenza per flussi euleriani, VOF e lagrangiani anche con elevato carico di particelle. Introduzione del Discrete Element Method in ANSYS FLUENT per lo studio di trasporto ed interazione di particelle in flussi granulari. Possibilità di simulare flussi con cambiamento di fase per ebollizione e condensazione. Introduzione di modelli di reazione chimica sempre più accurati per il calcolo di emissioni (NOx e CO); • Navale, aerospaziale e difesa, release ufficiale in ANSYS CFX del solutore a 6 gradi di libertà per lo studio del moto di corpi rigidi soggetti a forze fluidodinamiche. A questo si aggiunge la continua tensione di ANSYS volta ad allargare la frontiera di ciò che è simulabile su applica-

L’esecuzione di studi parametrici e di ottimizzazione è facilitata dalla nuova versione di ANSYS DesignExplorer che permette di applicare nuovi metodi DOE e di analisi statistica dei risultati CFD. Inoltre il lancio di sequenze di analisi in batch è ora possibile tramite Remote Solver Manager sia per ANSYS CFX che per ANSYS FLUENT, in modo da gestire e sfruttare al massimo le risorse di calcolo disponibili. Altri due punti vanno sottolineati per capire come lo sviluppo va sempre più nella direzione di un utilizzo della fluidodinamica come strumento di progettazione. Il primo è il continuo miglioramento nella robustezza e stabilità numerica dei solutori (parecchie le novità in ANSYS FLUENT). Fig. 5 - analisi CFD e interazione fluido-struttura su turbina eolica.


40 - Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 zioni e in tempi industriali. Continui passi avanti vengono fatti nello sviluppo di: • modelli di turbolenza non stazionari. Large Eddy Simulation è sempre più applicata anche a casi industriali; • modelli di aero-acustica e acustica (Ffowcs-Williams & Hawkins solver in ANSYS FLUENT); • ottimizzazione automatica ed analisi di sensitività con l’introduzione di un “Adjoint solver” in ANSYS FLUENT. Questo solutore fornisce indicazioni progettuali su come modificare il design del sistema simulato per migliorarne le prestazioni (Figura 2). Infine, dopo le novità della versione 14.0, uno sguardo al prossimo futuro. Obiettivo di ANSYS è rilasciare la prima versione del solutore unificato per la fluidodinamica con la versione 15.0. ANSYS CFX e ANSYS FLUENT continueranno ad essere sviluppati secondo una linea comune per diverse versioni anche dopo la 15.0 e la migrazione verso il solutore unificato avverrà in maniera graduale nell’arco di alcune versioni.

Fig. 6 - analisi CFD del raffreddamento di un componente elettronico con interazione fluido-struttura termica.

Per maggiori informazioni: Massimo Galbiati info@enginsoft.it

ANSYS 14 Mechanical La maturità dei prodotti ANSYS Mechanical valica la data quarantennale e la tecnologia è indubbiamente presente nella quotidianità delle applicazioni ingegneristiche. Tuttavia le esigenze della produttività, sintetizzate dalla necessità di aumentare le performance dei prodotti e dalla riduzione del time-to-market, sono stati i presupposti ad investire nello sviluppo del codice. In particolare, sono state individuate delle linee di sviluppo ben evidenziate nella Fig. 1. Esse rispondono alle esigenze espresse dagli utenti stessi che attraverso le richieste tecniche di assistenze e la partecipazione puntuale ai diversi forum sia di EnginSoft che di ANSYS, hanno comples-sivamente individuato le linee guida di sviluppo. In questo articolo ed in quelli delle successive newsletters si cercherà di mostrare tutte le più interessanti capabilities di ANSYS 14.0 che hanno come obiettivo principale quello di rendere il più efficace e semplice possibile l’interazione tra le varie aree ingegneristiche all’interno della sola piattaforma ANSYS Workbench.

Fig. 1 - Aree di sviluppo di ANSYS 14.

Una novità importante, diretta ad integrare maggiormente la piattaforma classica in ANSYS WB, è la possibilità di intervenire direttamente su nodi ed elementi. ANSYS WB nasce infatti come tool basato sulla selezione geometrica; nella nuova release è resa possibile la selezione diretta di nodi; possono essere create varie tipologie di selezione di nodi, attraverso l’uso di una logica simile ai comandi NSEL in MAPDL, creando un gruppo di nodi corrispondenti ad

Fig. 2 - Selezione di nodi ed elementi con applicazione di carico nodale e post-process sulla selezione


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Fig. 3 - Differenti tecniche di importazione (Triangolazione vs Kriging) e tool di validazione

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nuova Release si offre una prima integrazione di queste tecniche all’interno di ANSYS Mechanical; è possibile importare direttamente il CAD 3D oppure importare la geometria da un semplice file di testo; in automatico ANSYS fornisce una macro che permette di importare le caratteristiche dei cuscinetti (questo lavoro è stato sviluppato e qualificato in collaborazione con l'organizzazione ROMAC.), con la possibilità di inserire uno smorzamento e di visualizzare, completamente all’interno di ANSYS WB, sia i diagrammi di Campbell, mostrando la variazione dei modi della struttura con la velocità, sia le velocità critiche e sia la stabilità di ciascun modo.

Un ulteriore miglioramento introdotto è la possibilità di connettere la mesh tra superfici direttamente all’interno di ANSYS Mechanical, senza bisogno di intervenire sulla geometria. Nelle release precedenti, per ottenere una mesh connessa tra più corpi shell era necessario costruire una multibody-part all’interno di DesignModeler; con ANSYS 14.0 è Fig. 4 - Macro per il trasferimento delle proprietà del cuscinetto da file esterno; diagramma di Campbell possibile inserire, all’interno del ramo connections, il controllo una data porzione del modello da poter utilizzare sia per “mesh-connection” per imporre che la mesh tra le shell l’applicazione di vincoli e carichi, sia per un post-process selezionate sia connessa. più dettagliato. Nelle prossime uscite della newsletter di EnginSoft, si In molte aziende, l'esecuzione di simulazioni multifisiche affronteranno altri aspetti delle principali novità della richiede lo scambio di file di testo, contenenti i dati da nuova release, indirizzata sempre più all’integrazione trasferire, fra diversi dipartimenti (ad esempio una rapida di più fisiche, con un occhio di riguardo verso pressione o un campo di temperatura). I file di testo l’integrazione delle potenzialità di ANSYS classico contengono il percorso dei dati (X, Y, Z ed X, Y per all’interno della piattaforma ANSYS Workbench. un'analisi 2D) e il valore del campo (o più campi) per questa posizione. Per ulteriori informazioni: Valentina Peselli, EnginSoft Già nella release 13.0 c’era la possibilità di introdurre dati info@enginsoft.it esterni per tali operazioni; nella nuova release c’è la possibilità di importare nuove quantità (Heat flux, Heat Generation, Thickness) e più file per componenti differenti. Inoltre, sono stati inseriti differenti algoritmi per l’importazione dei dati, introducendo di conseguenza anche uno strumento per poter quantificare la qualità del trasferimento delle informazioni. Nell’ambito della rotodinamica gli utenti devono essere in grado di creare rapidamente geometrie da CAD o da semplici descrizioni tabulari; così come analizzare le caratteristiche dinamiche di sistemi rotanti, con gli effetti di smorzamento, e gli effetti di Coriolis a differenti velocità di rotazione. Nella


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ANSYS EKM 14, nuova release, nuove ‘feature’ Con il rilascio della release 14 di ANSYS, anche EKM accresce le proprie caratteristiche Cos’è ANSYS EKM? Per chi ancora non conosce ANSYS EKM, ecco una piccola presentazione del prodotto. Mentre le aziende cercano di massimizzare il valore per gli azionisti in un ambiente complesso e competitivo globale di oggi, aumentando l'innovazione di prodotto, la riduzione dei cicli di sviluppo e riducendo i costi per catturare la mente e quota di mercato,

Fig. 3 - La finestra di accesso ad ANSYS EKM web interface

che punta ad una maggiore produttività attraverso l’attività di simulazione. ANSYS EKM è strettamente integrato con le altre offerte di simulazione ANSYS e può essere facilmente integrato con altri codici di simulazione.

Fig. 1 - ANSYS EKM Desktop

Cosa c’è di nuovo in ANSYS EKM 14? Nuova pacchettizzazione del prodotto. Una significativa ed importante novità dalla versione 14 è il nuovo taglio del prodotto. Possiamo infatti installare ANSYS EKM in modalità Desktop, singola licenza per un solo utente locale, ed in modalità Shared, installazione server condiviso disponibile a più utenti dislocati geograficamente.

la simulazione realistica è uno dei motori chiave dietro lo sviluppo di nuovi Integrazione in ANSYS Workbench. Altra novità è la perfetta integrazione nell’interfaccia di prodotti. Tuttavia, la ANSYS Workbench. Infatti, direttamente da ANSYS Workbench crescente complessità nel processo di sviluppo del prodotto e l'esplosione dei dati richiede modi efficaci per gestire la notevole mole di simulazioni per Fig. 2 - Integrazione di ANSYS EKM in Workbench sfruttarne il valore. ANSYS EKM è il prodotto più completo ed intuitivo progettato per gestire nel modo più ampio i dati generati dai progettisti CAE. Esso fornisce una soluzione completa per la simulazione basata su processi e problemi di gestione dei dati. La soluzione offre vantaggi su tutti i livelli: dall’ingegnere che vuole concentrarsi più sulle problematiche tecniche anziché perdere tempo nella gestione dei dati prodotti, all’azienda Fig. 4 - L’interfaccia web di ANSYS EKM


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Una nuova missione per i vecchi PC Non tutti sanno che ogni vecchio computer, anche se rotto o malfunzionante, non è un rifiuto ma è ancora una risorsa utilizzabile nell'interesse della collettività e dell'ambiente che ci circonda: lasciarlo abbandonato in cantina è uno spreco che si può evitare e si deve evitare! Questo lo slogan del progetto Anch'io PC a cui anche EnginSoft ha aderito. Da tempo infatti, si stava cercando una soluzione data la grande quantità di vecchie Workstation/PC accatastate nel magazzino della sede di Trento. Grazie al progetto Anch'io PC, le vecchie workstation si sono trasformate da rifiuti in risorse. Fig. 5 - Grafico della pacchettizzazione di ANSYS EKM

è possibile salvare/aprire i vari progetti dal server EKM, utilizzando le varie funzioni di ricerca avanzata. Attraverso l’interfaccia web di ANSYS EKM è possibile visualizzare i dati dei progetti in modo del tutto simile alla visualizzazione di ANSYS Workbench. Ricerca avanzata. La funzione di ricerca all’interno di ANSYS EKM è stata notevolmente implementata. Con la versione 14 è possibile inoltre memorizzare le query di ricerca, potendole mettere a disposizione anche di altri utenti della rete. Registrazione macro. Con questa funzione è possibile memorizzare le operazioni eseguite all’interno dell’interfaccia EKM. Le macro possono poi essere richiamate successivamente per ripetere lo stesso tipo di operazione. Nuovo Data folder personale. Ogni utente di ANSYS EKM ha una propria cartella personalizzabile dove vengono riportate le varie informazioni legate alle scadenze, ai lavori da effettuare sui progetti memorizzati in EKM. Importazione/esportazione dell’ambiente di lavoro. È possibile esportare/importare l’ambiente di lavoro nel caso di trasferimento progetti e/o per la condivisione dei dati con altri server EKM. Inoltre sono state inserite nuove migliorie funzionali per rendere più veloce ed intuitivo l’utilizzo di ANSYS EKM, come ad esempio il login veloce o la possibilità di automatizzare lo svuotamento del cestino.

Per ulteriori informazioni o per una demo di ANSYS EKM contattare: Andrea Pancrazzi - EnginSoft info@enginsoft.it

È stato così contattato l'ing. Morris Mazzoni, ideatore e promotore del progetto, che è stato molto felice di organizzare il ritiro, anche se fuori della consueta area di raccolta (regione Emilia Romagna). L'ing. Mazzoni ha ribadito l'obiettivo principale del progetto Anch'io PC, che non si occupa solo di recupero di vecchi PC, ma lo scopo è trasformare queste risorse in nuovi apparecchi funzionanti da donare a chi non sa usare ancora il pc ma vorrebbe imparare o a chi non può permettersi di comprare un computer nuovo. Così dopo la raccolta il progetto prevede di formare nuovi tecnici informatici che si occupino delle rigenerazione dei vecchi PC. Nel caso delle componenti irriparabili, il progetto Anch'io PC è in contatto con aziende specializzate nel riciclo del materiale elettronico. I PC rigenerati saranno dati a coloro che parteciparenno ai vari incontri dove sarà fornita la formazione sull'uso. Con l'adesione al progetto Anch'io PC, EnginSoft ha colto l'opportunità più comoda, intelligente, legale, efficiente e conveniente anche da punto di vista economico. Per ulteriori informazioni sul progetto Anch'io PC, visitate il sito: http://www.anchiopc.it


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Flowmaster V7.9: New Two-Phase Capabilities

The constant increase of energy demand, together with the increasing costs of fossil fuels and concerns about carbon emissions, requires detailed designs of the power plants and reliable models of each phase of the power generation process. Moreover, the increasing attention on alternative fuels such as bio-fuels and solid gasification and on solar energy, requires the study and modelling of new solutions where steam and phase change play a fundamental role. Up to now the use of Flowmaster was limited to the zone where superheated (dry) steam is present because it could not be used to model the generation or consumption of the steam. In both of these areas, the system involves phase change from liquid to vapour for steam generation or the reverse direction from vapour to liquid when the steam is consumed. Recent developments in Flowmaster have made it possible to model the phase change that occurs in these processes. This is a significant step forward in the enhancement of Flowmaster modelling capabilities. Modelling phase change in piping systems brings with it some very unique challenges that are not present in single phase fluid flow. The key processes involving phase change that are addressed by the new developments of Flowmaster are described below. Rankine Cycle The Rankine cycle is a thermodynamic cycle that converts heat into work. In the cycle, heat is supplied externally to a closed loop which usually uses water as the working fluid. Water evaporates and dry saturated steam expands through a turbine generating power. The actual power generation industry uses variations of the Rankin cycle that involve superheat and reheating in order to avoid condensation on turbine blades and to obtain a more efficient cycle. The new two-phase solver

allows Flowmaster to model the complete Rankine Cycle both in its traditional configuration and in its variants. Fluid Properties Flowmaster uses fluid properties data and a defined set of correlations to predict pressures, temperatures and flow rates in the system. When phase change occurs, there is a near instantaneous change in the fluid properties. Just a slight change in the temperature or pressure in the system can indeed

have a dramatic effect on the fluid properties. This can cause inaccuracies and instability in the solver if not handled properly. The use of data from NIST REFPROP version 9, one of the most complete fluid property databases currently available, together with advanced algorithms for data fitting, allows to mitigate instabilities. In addition the new two-phase solver and the related components are robust enough to recognise these near instantaneous changes and handle them appropriately. Boiling There are three different stages of boiling that occur depending on what the temperature difference is between the liquid and the heating surface, namely: nucleate, transition and film boiling. Nucleate boiling is the first stage and the most efficient since it requires a limited amount of energy added. On the contrary, transition boiling is not efficient since the heat flux decreases as temperature increases until


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involves injecting water into the superheated steam flow. Hence, direct de-superheating produces mass and enthalpy changes that can be accurately accounted for by the new twophase solver of Flowmaster.

film boiling occurs. Additionally, transition boiling can cause large vapour cavities to form. These cavities may cause blockages or may collapse causing pressure waves in the system. For these reasons the new two-phase solver allows Flowmaster to properly model the boiling processes and to recognise when the transitional regime is reached. Condensation Condensation may occur in a controlled manner inside a heat exchanger or in an uncontrolled manner inside pipelines due to heat loss to the surroundings. Droplets formed by condensation merge and collect at the bottom of the pipes. The presence of liquid affects the flow of the vapour and can have damaging effects on the system. Moreover, in cases of vertical or inclined pipes, the liquid and vapour flow with different velocities or even in opposite directions. This slip-flow greatly affects the flow rates and the pressure drops in the system. The new twophase solver allows Flowmaster to model condensation and to track it in the system. Mitigation components such as steam traps are provided to allow for the draining of the condensate out of the system. Flashing Flashing or flash evaporation occurs when a high pressure saturated liquid undergoes a rapid pressure drop. This typically occurs in valves or orifices, but it also may occur when a pipe fails and the high pressure fluid expands through a rupture in the pipe. Steam system designers take advantage of this phenomenon to efficiently convert high pressure liquid to vapour to use in turbines and other heating processes. The new two-phase solver allows Flowmaster to model flashing accurately and efficiently. Direct De-Superheating While superheated steam is an optimal fluid for power generation by means of Rankine cycle, it is not as efficient for thermal process applications because its heat transfer coefficient is lower than that of saturated steam and because the usable energy in the superheat is small compared to the enthalpy of evaporation. For these reasons superheated steam is usually de-superheated for thermal process use. De-superheating can be indirect or direct. The former is obtained by means of heat exchangers while the latter, more common and economic,

Two-Phase Pressure Drop and Heat Transfer in Pipes One of the unique features of two-phase flow is that different flow patterns occur in pipes depending on pressure, temperature and pipe orientation; indeed, the flow conditions in a horizontal pipe are very different from those in a vertical pipe. Different flow patterns and flow conditions have, in turn, a strong impact on pressure drop and heat transfer in pipes. Flowmaster is capable to recognise the flow regime occurring inside the pipe using flow pattern maps. In this way Flowmaster two-phase solver is capable to properly compute pressure drops and heat transfer in horizontal, inclined or vertical pipes accounting for the influence of the specific flow regime present in the pipe itself. For more information: Alberto Deponti, EnginSoft info@enginsoft.it


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La nuova release MAGMA 5.2

MAGMA c+m: la simulazione dell’Anima Il 2012 vede, in casa MAGMASOFT, la nascita della nuova release MAGMA 5.2 e del nuovo MAGMA c+m, strumenti ideati e leader nel settore delle fonderie. I software verranno presentati in anteprima al nostro stand alla fiera di Verona in occasione del METEF che si terrà nei giorni 18 – 21 aprile 2012. MAGMA c+m (Core and Mold) Software completamente innovativo che permette di simulare completamente il processo di generazione delle anime (Core). Il modulo, che viene proposto sia alle fonderie aventi il reparto di animisteria al proprio interno, che alle modellerie specifiche, propone un modello di lavoro facile e intuitivo, in grado di aiutare il progettista per comprendere a fondo il processo produttivo individuando le migliori strategie progettuali per la produzione delle anime. L’applicazione permette di simulare tutti i tipi di formatura: • • • •

Shell core Hot box Inorganic Cold box

analizzando il processo in tutte le sue fasi: • Sparo della sabbia (Shooting) • Indurimento dell‘anima (Curing) • Materiali Organici: Gasaggio e purificazione • Materiali Inorganici: Essicazione per casse-anima a caldo • Casse-anima a caldo

Fig. 1 - Anima intercapedine

Fig. 2 - Confronto produzione reale con analisi virtuale di Shooting (risultato Sand fraction)

L’analisi dei risultati della fase dello sparo della sabbia (shooting) permette di valutare non solo la dinamica di riempimento dello stampo in funzione del percorso dei fronti di sabbia, ma anche la frazione di sabbia presente in ogni singola parte dell’anima, considerando inoltre i valori delle velocità dell’aria e della sabbia stessa. In tal modo sarà possibile identificare con semplici strumenti di analisi la qualità dell’anima durante tutta la fase dello sparo della sabbia. È possibile identificare inoltre il corretto posizionamento degli iniettori e degli sfiati d’aria al fine di perseguire il completo riempimento della cassa d’anima. La fase dell’indurimento al termine dello sparo della sabbia viene simulato in funzione del tipo di sabbia e di legante utilizzato. Nel caso di leganti organici, per esempio, sarà possibile valutare l’effetto dell’ammina trasportata dall’aria pressurizzata preriscaldata valutandone il grado di assorbimento nelle varie parti dell’anima e definendo così la reazione catalitica. Nel caso di leganti inorganici è invece possibile effettuare la simulazione di preriscaldo della cassa d’anima valutando il trasporto del vapore acqueo durante il processo di essicazione (Fig. 3 e 4) . L’analisi del controllo termico della cassa d’anima permette infine di definire la geometria e posizione dei circuiti di riscaldamento valutando inoltre la posizione delle


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Fig. 3 - ColdBox: analisi delle zone non completamente indurite confronto reale e simulato

Fig. 4 - Collettore, essicazione del legante inorganico. Analisi dell’integrità dell’anima - confronto reale e simulato

termocoppie di attivazione in funzione della forma e complessità dell’anima da produrre. L’impostazione del progetto avviene con la modellazione o l’importazione (STL, STEP, CATIA o PROE) all’interno del ambiente CAD (preprocessore) dei modelli geometrici 3D. Il modello CAD viene tradotto, attraverso l’utilizzo del meshatore automatico, in modello matematico ed il processo produttivo viene quindi impostato nel simulatore in specifiche finestre che guidano l’utente con dinamiche semplici e precise. Il database è fornito di tutti i materiali in utilizzo per la formatura delle anime (sabbie e leganti), caratterizzate appositamente attraverso processi sperimentali e successiva validazione. Sono caratterizzati inoltre i sistemi di sfiato e di iniezione di maggiore utilizzo, come ad esempio gli sfiati a profilo rettilineo o ondulato e gli iniettori cilindrici o conici. Apposite applicazioni interne al software permettono comunque di personalizzare il database consentendo all’utilizzatore di replicare perfettamente la propria realtà produttiva. Lo strumento permette infine di simulare la macchina completa di tramoggia o la sola cassa d’anima con gli iniettori e sfiati progettati in forma e posizione. MAGMA 5.2 Il software è la logica evoluzione della attuale versione MAGMA 5.1 della quale mantiene la struttura e tutte le applicazioni di fonderia attualmente conosciute espandendone le potenzialità di calcolo e di analisi dei

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EnginSoft sarà presente alla Fiera METEF 2012 - International Alluminium Exhibition che si terrà a Verona da 18 al 21 Aprile 2012 Ci potete trovare allo stand Pad. 4 B42 Per un appuntamento contattare: Piero Parona, p.parona@enginsoft.it risultati. La versione 5.2 contempla in particolare il potenziamento dell’ambiente di meshatura fornendo nuove opzioni per migliorare la discretizzazione della mesh minimizzando i tempi di calcolo con il vantaggio di non rinunciare alla qualità dei risultati forniti. L’ampliamento, inoltre, dell’applicativo PostProcessore (ambiente dedicato all’analisi dei risultati) consente di effettuare confronti diretti fra differenti versioni simulate permettendone la sincronizzazione dell’avanzamento temporale delle immagini (Fig. 5). Il display permette un confronto fino ad un massimo di quattro differenti versioni fornendo inoltre la possibilità di salvataggi in immagini, contenenti le versioni a confronto, in vari tipi di formati (.bmp, .png, .jpg) ed in filmato. L’innovativa applicazione denominata User Results permette infine di elaborare nuovi criteri di valutazione combinando i risultati forniti dal software. Tale procedura è resa possibile da un fornito compilatore matematico che permette inoltre l’automatica combinazione progressiva dei risultati dipendenti dal tempo. Per avere maggiori informazioni e dettagli è possibile contattare EnginSoft, ed inoltre fissare degli appuntamenti per la visione in anteprima del software presso la fiera di Verona in occasione del METEF. Per ulteriori informazioni: Giampiero Scarpa, EnginSoft info@enginsoft.it

Fig. 5 - Confronto fra tre differenti versioni a 8 s della fase di solidificazione


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The Automotive Group of Continental AG Innovations for a Mobile Automotive Future The Automotive Group of Continental is one of the leading global automotive suppliers. With its three divisions – Chassis & Safety, Powertrain and Interior – it achieved sales of approximately 16 billion in 2010. The Automotive Group employs around 87,000 people in more than 170 locations worldwide. As a partner of the automotive and commercial vehicle industry, the Automotive Group develops and produces innovative products and systems for a modern automotive future, in which a car accommodates individual mobility and driving pleasure to driving safety, environmental responsibility and cost-efficiency. Worldwide demands of the automotive industry with respect to safety, sustainability, information and cost efficiency are implemented and pushed forward by the Automotive Group with a market-oriented organization and a focused customer orientation. This is reflected in a clear focus of each Division on major areas of activities which complement each other. As automotive suppliers with more than 100 years of experience the three Divisions of the Automotive Group develop components and systems for vehicles that are safe, sustainable and interconnected with their environment. Scalability and a worldwide network of engineering, production and sales facilities ensure to provide the most modern automotive technologies to all markets in the world. Driven by our ambition to turn accident and injury-free driving (zero accidents), a mobility preserving resources and protecting the environment (zero emissions), and an intelligent and optimally interconnected road traffic (Always On) into reality, the Automotive Group works, jointly with its customers, with a broad and global product portfolio at the development and production of future-oriented, technically reliable vehicles in line with market requirements. The interview of Mr. Antonio Agresta, Simulation Group Team Leader at Continental will follow below.

automotive queste due forme di innovazione sono strettamente correlate: non si può pensare infatti ad un prodotto innovativo senza associarlo ad un passo in avanti verso nuove tecnologie o senza l’utilizzo di nuove metodologie di sviluppo. Sicuramente alla base dell’innovazione industriale c’è anche la profonda conoscenza del prodotto e dei requisiti derivanti dalle esigenze del cliente. Purtroppo la sensazione è che in un periodo di incertezza economica, come quello attuale, si pensi piuttosto a ridurre i costi anziché investire, e questo probabilmente è la vera causa della ridotta competitività di molte imprese italiane.

Abbiamo intervistato l’Ing. Antonio Agresta Simulation Group Team Leader alla Continental

Quali sono le strategie per essere innovativi e quali valutazioni spingono all’innovazione? L’industria dovrebbe in genere investire costantemente risorse non solo per il miglioramento delle tecnologie e degli strumenti di lavoro messi a disposizione dell’R&D, ma anche per accrescere il know-how azienFig. 1 - L’ing. Antonio Agresta dale attraverso una stretta della Continental collaborazione con l’università e con gli enti di ricerca. Allo stesso tempo però deve essere fatto un lavoro di monitoraggio delle richieste del mercato che consenta di orientare le scelte tecniche e di favorire lo sviluppo di nuove idee nella giusta direzione. Tutto questo va di pari passo con il confronto inevitabile con i competitors e le richieste sempre più spinte derivanti dalle regolamentazioni specialmente in materia di riduzione dell’inquinamento.

Che spazio ha (e dovrebbe avere) l’innovazione nel mondo industriale/impresariale? L’innovazione è la base per la crescita di ogni impresa e la garanzia di competitività nel mercato sempre più globalizzato. Per innovazione si deve intendere sia la ricerca dell’originalità del prodotto sulla base delle esigenze di mercato sia come evoluzione delle metodologie e degli strumenti messi a disposizione per la progettazione e per la produzione che garantiscano una sempre crescente qualità e affidabilità al prodotto. Nell’industria

Che ruolo ricoprono gli strumenti CAE e di prototipazione virtuale in tal senso? Grazie al continuo sviluppo dell’hardware e il conseguente incremento dell’efficienza degli strumenti di calcolo è sempre più facile costruire modelli che diano risultati molto vicini alla realtà con tempi di risposta e costi relativamente bassi. Riuscire a simulare il comportamento “reale” di un iniettore completo, per esempio, in tutte le sue componenti e nelle diverse condizioni di utilizzo è di enorme importanza per un progettista che in


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tempo reale è in grado di capire quali sono i margini di miglioramento delle performance e quali gli effetti di ogni modifica. Un software CAE non solo dà la possibilità al singolo utilizzatore di effettuare un calcolo e risolvere un problema velocemente, ma consente anche di poter analizzare in modo approfondito ogni problema e quindi allo stesso tempo anche di accrescere le proprie conscenze. Se necessario, lo supporta nel cercare e trovare soluzioni alternative riuscendo poi anche a verificarne la fattibilità e la qualità. Come sono cambiate le esigenze degli utilizzatori negli ultimi anni? Una sempre più forte richiesta di flessibilità di chi si occupa di modellazione e simulazione e la necessità di far fronte a picchi di lavoro elevati in una fase di stallo dell’economia non ancora esauritasi. Un utilizzatore di software di calcolo ha sempre meno tempo da dedicare alla preparazione del calcolo stesso e all’attesa dei risultati, ma allo stesso tempo ha bisogno di sempre più strumenti per l’analisi completa i risultati. Pertanto, in primis, la compatibilità software-hardware, e la possibilità di fare calcolo parallelo, magari anche con l’utilizzo delle tecnologie GPU Tesla è la prima esigenza del normale utilizzatore che è direttamente legata alla riduzione dei tempi di risposta. Inoltre, avere la possibilità di passare da un software all’altro velocemente è basilare per accrescere la flessibilità dei singoli utilizzatori e la capacità di un gruppo di calcolo di rispondere in modo efficace ai picchi di lavoro che si presentano durante l’anno. Per questo motivo si richiede un’interfaccia sempre più user-friendly e più orientata al post-processing e all’analisi dei risultati in genere. Infine la possibilità di far comunicare tra loro diversi software e/o la possibilità di lavorare con pacchetti software mutidisciplinari sta diventando sempre più un ‘must’ nelle aziende che fanno Ricerca e Sviluppo. Quali vantaggi ha rilevato nella sua esperienza professionale e come è cambiato il suo approccio alla progettazione/produzione? L’utilizzo delle simulazioni è stato presente fin dall’inizio della mia esperienza lavorativa e quindi il mio approccio ai problemi legati alla progettazione non è mai cambiato. Sicuramente rispetto ad una analisi sperimentale la simulazione ha il vantaggio di dare la possibilità a chi la effettua di andare più a fondo nella fisica del problema analizzato e di spiegare in modo più chiaro i risultati sfruttando tutte le possibilità di post-processing a disposizione. Un altro vantaggio che ho visto nell’utilizzare queste metodologie, oltre all’evidente risparmio di tempi e costi, è stata la possibilità data all’utilizzatore di iniziare a vedere i modelli non più come oggetti congelati e ben definiti, ma come un insieme di parametri che possono essere facilmente modificati per il raggiungimento dell’obiettivo. Qual è stato il contributo di EnginSoft e in che modo ha saputo valorizzare qualità, potenzialità e capacità della sua industria/impresa? EnginSoft ha inizato a lavorare con noi come fornitore di licenze ANSYS e successivamente come riferimento per i training de-

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dicati al suo utilizzo. Con il passare degli anni però ha contribuito a farci conoscere e testare diverse tecnologie e ci ha aiutato attivamente nell’introduzione di nuove metodologie di lavoro, prima tra tutte quella dell’ottimizzazione multi-obiettivo. Infine, quando è stato necessario, ci ha anche supportato attivamente nel miglioramento dei nostri modelli contribuendo ad incrementare la nostra capacità di modellazione e la nostra efficienza quotidiana. Non meno importante è stata la opportunità che ci ha dato di partecipare attivamente alle varie edizioni di EnginSoft International Conference valorizzando così il nostro lavoro e dandoci la possibilità di confrontarci con tutte le realtà aziendali, nazionali ed internazionali, che fanno uso estensivo, come noi, di strumenti CAE. Che prospettive intravede per i codici di calcolo in relazione alle sfide poste dal futuro? In futuro ogni azienda dovrà guardare sempre più al mercato globale e alla concorrenza che viene dai paesi emergenti. Riuscire ad ideare un prodotto ad alta prestazione che allo stesso tempo sia affidabile e poco costoso è un target che ognuno di noi quotidianamente deve tener presente. In generale, solo una profonda conoscenza del proprio prodotto e una grande esperienza nei codici di calcolo consentirà di rimanere sul mercato da leader senza grosse difficoltà. I software CAE avranno un ruolo determinante perché sempre di più, grazie anche allo sviluppo delle nuove tecnologie hardware, consentiranno di guidare tutte le scelte della progettazione verso la qualità e la prestazione assoluta con tempi e costi sempre più ridotti. Quali progetti, obiettivi e nuovi traguardi intende perseguire grazie all’uso di questi strumenti? Il costante bisogno di aumentare l’efficienza della combustione nei motori sta portando tutta l’industria automotive allo studio di nuove soluzioni e richiede di nuovi tipi di caratteristiche di spray e in particolare gli iniettori GDI saranno chiamati a soddisfare requisiti di emissioni sempre più bassi. Riuscire a simulare l’iniettore completo in tutti i suoi aspetti strutturali e fluidodinamici credo sia un obiettivo a medio-lungo termine che non posso non perseguire. E cosa si auspica per il mondo della tecnologia scientifica alla continua ricerca di una dimensione tra creatività e competitività? Spesso la competitività è intesa come un qualcosa legato solo all’incremento dell’efficienza e alla riduzione dei costi. Mi auspico che dal mondo della tecnologia scientifica arrivi un contributo forte nel rendere semplice ciò che oggi non lo è, mettendo a disposizione strumenti sempre più avanzati che aiutino così le aziende a dare spazio alla creatività, che è l’unico modo per poter a mantenere alta la competitività e a lungo termine vincere tutte le sfide del mercato globale.

Ringraziamo L’ing. Agresta per la cortesia e la disponibilità.


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EnginSoft Contributes to the Reduction of Combustion Emissions in Civil Aviation as Partner of the FP7 European Project FIRST

The challenge Climate change is a major societal and political issue and is becoming more so with future emissions-related regulation expected to become more prevalent than today. Globally, civil aviation emitted 666 m tons of CO2 into the atmosphere in 2008, representing some 2% of man made CO2 emissions. Non-CO2 emissions including oxides of nitrogen, condensation trails and soot formation also have impacts even if they require better scientific understanding. Aviation’s environmental impact must be reduced to allow sustainable growth to benefit European industry and society. This is captured in ACARE’s 2020 goals of reducing CO2 by 50%, NOx by 80% and in SRA1/2 proposed reductions in soot and the development of alternative fuels. By understanding and controlling the complex physics of fuel atomization and mixing, emission performance can be directly improved. For many years, CFD simulations have relied upon over-simplistic definitions of fuel spray. The availability of methods developed in the automotive industry and faster computers make their application to aero-engines timely. FIRST (Fuel Injector Research for Sustainable Transport) is a European project within the Seventh Framework Programme, partly funded by the European Commission with the aim to understand the details of the fuel atomization and describing the soot production and consumption processes. The Consortium The project, coordinated by Rolls-Royce, involves 20 partners from 4 countries (UK, France, Germany, Italy): • 6 industries (Rolls-Royce UK, MTU, Rolls-Royce Deutschland, Avio, Snecma, Turbomeca); • 4 SMEs (EnginSoft, ARTTIC, Scitek, A2 photonic sensors); • 6 universities (University of Florence, University of Bergamo, Imperial College London, Loughborough University, KIT, University Pierre and Marie Curie); • 4 research centres (ONERA, DLR, Cerfacs, CNRS).

Nearly all of the leading European Aircraft engine manufacturers are partners of FIRST: this satisfies one of the key aims of the EU, that set the goal in its report “European aeronautics: a vision for 2020”, of Europe becoming the uncontested world leader in aeronautics by 2020. The concept Through novel physics-based modeling techniques and advanced diagnostic measurements, new fuel spray boundary conditions and improved soot models will be available for CFD simulations to enable the reduction of soot in aero-engine combustors. Different methods to predict spray break-up will be assessed and developed within FIRST to be used in industrial injectors. In fact, current soot models are not sufficiently accurate to support the design of new environmentfriendly combustors and more advanced soot models are required. The objectives In aero-engine fuel injector design, spray distribution is a key factor to mix fuel and air. The spray distribution has a large impact on the NOx, CO and soot emissions. However, currently

Fig. 1 - measurements in turbulent sooting swirl flame


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The role of EnginSoft FIRST offers EnginSoft an important opportunity to contribute to significant advancements in the reduction of combustion emissions of industrial aero-engine combustors. EnginSoft will work closely with Avio and the Universities of Florence and Bergamo for the development and optimization of break-up models and spray boundary conditions. The FIRST project is split into five technical work-packages. Each of them is focused on different tasks: development of physical models and numerical methods, validation experiments, validation of numerical methods, integration and validation. The partners will collaborate to perform each task within and across the work-packages. EnginSoft is involved in 2 work-packages (WP): Fig. 2 - Soot in laminar premixed flames

• WP4 - Validation of numerical methods: CFD analysis of the injection zone using advanced models for secondary no validated and computational affordable methods are breakup. The secondary breakup will be evaluated using available to predict correctly the spray break-up. models that will take into account that in the injection zone The FIRST project will deliver a step change in the details and accuracy of the numerical spray characterization through new the number of droplets is very high and the hypothesis of the sparse liquid phase is not applicable. The interaction physical models and numerical methods, enabling the reduction between droplet and droplet, as well the coalescence of of soot in the new generation of aero-engine combustors. droplets cannot be neglected. The objective is to develop The development of such models and methods will tackle the efficient numerical methods for computing the dense spray physical and chemical process from the primary atomization of of droplets inside the injector. Detailed comparison with the liquid to the spray behavior and the soot formation. These experimental data will be performed to validate the models will be validated both experimentally and numerically. numerical results and to demonstrate the simulation The state-of-the-art experimental techniques for atomization capabilities over an extended range of operating conditions; and soot measurements will build different and extensive • WP5 - Integration and validation: Spray parametrical databases. These databases will cover different configurations: fundamental configurations (to provide a new insight into the analysis with implementation of an Artificial Neural Network. The objective is to construct the base of an expert system physical process of primary atomization), simplified injector for atomization scenarios by using a series of numerical configurations (to provide new empirical correlations) and simulations. The base of this expert system will be assigned industrial injector configurations (to provide a population of by a DOE sequence, set up in a logic process, that defines fuel droplets according to different operating conditions and the parametric space to be investigated. Such process will be initial parameters). The same physical models and numerical integrated into Process Integration Design Optimization methods will provide reliable spray injection conditions for the (PIDO) applications in modeFRONTIER, a multidisciplinary CFD code in order to compare numerical and experimental data. and multi-objective optimization software. They will also be used to predict spray The algorithm to be employed for the expert injection conditions for CFD computation for a non-measured system will be the Artificial Neural Network. The results of the ANN are intended to be the operating point inside the experimental test matrix. The physicsparticle BCS for the standard CFD code, hence cone angle, Sauter diameter, Rosinbased model will require a comprehensive mathematical Rammler parameters. description of all the sub-processes involved, and in the end, this will Acknowledgments build up a full virtual injector tool. The research leading to these results has This type of detailed modeling will received funding from the European Union help to understand the interaction of Seventh Framework Programme (FP7/2007the different phenomena in the 2013) under grant agreement n° 265848 complex process of primary (FIRST). atomization and to evaluate the most dominant ones. The detailed For further details, please visit FIRST’s comparison between experiments and website: http://www.first-fp7project.eu simulations will demonstrate the or contact: simulation capabilities over an Fig. 3 - numerical simulation of liquid sheet Lorenzo Bucchieri, EnginSoft extended range of conditions. info@enginsoft.it atomization


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HP Z400 and Z800 Workstations with NVIDIA® Tesla™, Intel® Xeon® processors and HP performance displays. HP Z Workstations utilize the latest computing technology to make innovation easier, through their chipset, memory, multiprocessor and multi-core capabilities. See even simulation models with daily increasing complexity come to life with NVIDIA® Tesla™, which enables pre/post-processing to run simultaneously with analysis at up to 515 GigaFlops (DP) or 1030 Gflops (SP).

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EUCOORD makes the Coordination of EU Research Projects extremely easy European Co-funded Projects are great opportunities for companies who believe in R&D, new technologies and product development. EUCOORD is a web-based collaborative tool aimed at assisting the Project Coordinator and Partners to keep the Project on track. It offers everything that is needed for the Project Management and Financial Accounting of research Projects: coordination of the activities, handling Deliverables and Milestones, planning the dissemination, getting correct data from Partners, managing the accounts and producing proper reports. EUCOORD has been developed based on EnginSoft’s 10+ years of experiences in fostering and coordinating European and National Projects (e.g. NADIA – www.nadiaproject.org). EUCOORD’s main goal is to make life easier for the whole Consortium that has to face and meet the complex EU rules and guidelines. PROJECT STRUCTURE AND MANAGEMENT: this powerful and reliable management platform handles the structure, the contents and the scheduling of the Project. Each Work Package and Task, as well as Milestones and Deliverables, are clearly detailed in terms of technical contents, leadership and duration. The Gantt Chart of the activities is automatically generated and updated on the basis of the Efforts declared by the partners. EFFORT AND COST DECLARATION: for each partner, a dedicated section collects input of Costs and Efforts for any reporting period. Costs are detailed and arranged according to the FP7

EnginSoft parla di simulazione al MOTORSPORT EXPOTECH Ai primi di febbraio si è svolta a Modena la quarta edizione del salone Motorsport Expotech, riservato a tecnologie, materiali, prodotti e servizi innovativi per le competizioni ed i veicoli ad elevate prestazioni. L'ing. Marcello Gabrielli di EnginSoft è stato invitato a partecipare al convegno "I materiali nel Motorsport" di venerdì 3 febbraio, moderato dal Prof. Tiziano Manfredini della Facoltà di Ingegneria dei Materiali dell'Università di Modena e Reggio Emilia. Di fronte ad una platea di oltre 50 addetti ai lavori, i vari relatori hanno trattato materiali innovativi quali materiali nanostrutturati, leghe di Ti per impieghi ad alte temperature, materiali compositi e materiali per la fabbricazione additiva. L'ing. Gabrielli ha presentato una memoria dal titolo "Progettare ed ottimizzare le prestazioni di un componente

categories. Partners are periodically reminded to insert their own progress data, assuring consistency, formality and availability of numbers. The related tables and Cost Statements are automatically generated according to the FP7 forms, and warning messages alert in case of inconsistency with forecast budget. PROJECT REPORTING: the list of requested reports is automatically provided for each reporting period, based on the project scheduling. Reports are created according to the FP7 templates in MS Office format, so the Coordinator can easily edit the reports and add comments. PROJECT COMMUNICATION: EUCOORD provides the possibility to create and manage the Project website, which is a specific FP7 requirement. The website structure can be tailored, starting from a pre-defined template, according to the Project features and contents. The communication and collaboration within the Consortium is promoted and kept alive through public and private areas where documents, notifications and news are constantly available. Coordinator and Partners can connect, share data and work on the project 24 hours a day from any platform. For a product overview, please visit: www.EUCOORD.com For more information: Carla Baldasso, EnginSoft info@eucoord.com

con la simulazione: influenza del processo produttivo e delle caratteristiche del materiale". Nell'intervento è stata sottolineata l'importanza di una adeguata definizione del materiale per ottenere corretti risultati in simulazione, ma soprattutto quanto sia fondamentale considerare le tensioni residue che si originano nel processo produttivo di fonderia o di forgia per prevedere le prestazioni di un componente. Solo un approccio di design chain, che metta al primo passo della catena la simulazione di processo, consente una corretta valutazione della resistenza meccanica e a fatica di un componente. Sono infine stati mostrati esempi di come strumenti avanzati di ottimizzazione come modeFRONTIER, in grado di guidare software FEM quali MAGMAsoft, Forge, ANSYS o altri, possano aiutare a migliorare sensibilmente le performance di un prodotto/processo. Per ulteriori informazioni: Marcello Gabrielli - EnginSoft info@enginsoft.it


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ASFO SpA: Rolling into the Future L’innovazione tecnologica è alla base della crescita e del mantenimento della competitività in un mercato complesso come quello in cui si trovano ad operare oggi le imprese metalmeccaniche di tutto il mondo. FOMAS Group, nella sede Vicentina di ASFO, ha fatto proprio un approccio alla produzione legato strettamente all’ottenimento ed alla standardizzazione del know-how di processo. Da qui la capacità di sagomare a profilo prodotti dai 100 ai 7000 kg in acciai al carbonio e superleghe, generando un risparmio di materia prima che comporta benefici per l’intera filiera produttiva. Tutto questo senza tralasciare la produzione di anelli a sezione rettangolare: grazie agli ultimi investimenti condotti presso lo stabilimento di Villamarzana (RO), ASFO è in grado di produrre anelli fino ad un diametro esterno di 7 metri ed un peso di 15000kg. Ad affiancare la produzione di forgiati grezzi, un’officina meccanica che ospita complessivamente 20 macchine utensili suddivise tra torni verticali, fresatrici e macchine foratrici per la lavorazione di particolari finiti di diametro esterno massimo pari a 5 metri. Alla luce di una richiesta da parte del mercato di prodotti a sempre più alto valore aggiunto, ovvero di crescente difficoltà progettuale e produttiva, il Gruppo punta ad una produzione di grossi volumi mantenendo alto lo standard qualitativo raggiunto in questi anni. Le tecnologie CAD e CAM costituiscono la base di partenza per la progettazione di processo. La simulazione FEM fornisce un valore aggiunto da spendere, dall’ottimizzazione di processo all’ingegnerizzazione di nuovi prodotti, specialmente nel campo della produzione di energia mediante turbine a gas ad elevate prestazioni. Miglioramento del prodotto e sviluppo del software FEM costituiscono una relazione biunivoca La collaborazione tra l’ingegneria di ASFO ed EnginSoft, con il supporto di Transvalor, ha consentito di sviluppare un ambiente di laminazione circolare in grado di replicare fedelmente il comportamento del materiale in deformazione. Grande attenzione è stata posta alla valutazione dei parametri al contorno, non direttamente controllabili durante il processo e altrettanto difficilmente rilevabili, ma fondamentali per l’ottenimento di simulazioni corrette. Mancanze di materiale e ripieghe sono ora tracciate con efficacia dal solutore, che determina correttamente

il flusso dei materiale durante la sagomatura dell’anello sbozzato. Punto forte del simulatore di Transvalor è la flessibilità dei modelli a disposizione. Un’accurata analisi degli impianti consente di trasferire nell’ambiente di calcolo il comportamento della macchina attraverso la reale curva di laminazione, con l’effetto di garantire una migliore qualità e precisione del risultato. L’esperienza maturata mediante l’utilizzo dello strumento ha consentito a ASFO di ridurre significativamente i tempi di calcolo mantenendo la necessaria qualità dei risultati. Definendo un parametro arbitrario che rapporta lo step di calcolo alle ore necessarie al solutore, si è passati da 1,2 step/h a 5,03 step/h, a parità di complessità dell’analisi in oggetto. Questo ha reso possibile ottenere i risultati in tempi compatibili con quelli richiesti per lo sviluppo prodotto, con una workstation di calcolo a soli 8 core. Uno sguardo al futuro Quanto fatto finora costituisce per il gruppo FOMAS solamente l’inizio di un percorso che vedrà la prototipazione virtuale al centro della ricerca e sviluppo di nuovi prodotti e di nuovi processi. La progressiva maturazione degli utilizzatori di Forge, che in questi mesi hanno affrontato diverse tipologie di anelli rettangolari e sagomati, ha consentito di evidenziare nuove aree di applicazione del simulatore. Il progetto più ambizioso è incentrato sulla predizione tecnologico-metallurgica del comportamento del materiale forgiato: partendo dalla conoscenza della microstruttura del materiale fornito dall’acciaieria (distribuzione e orientamento della grana cristallina), si vuole seguirne l’evoluzione durante le fasi di fucinatura, quindi in laminazione ed infine durante il trattamento termico. L’obiettivo è ottenere una previsione completa dell’evoluzione dimensionale e microstrutturale del forgiato ed effettuare quindi una corretta valutazione delle tensioni residue legate al trattamento termico. Tali informazioni risultano estremamente utili nella successiva fase di lavorazione alla macchina utensile. Tali prospettive sono a nostro avviso concrete e raggiungibili in un futuro non troppo lontano, visto il costante lavoro di sviluppo del software da parte di Transvalor sulla base delle indicazioni degli utenti e l’attento e professionale supporto di EnginSoft nel guidarci nell’interpretazione dei risultati e nell’ottenimento dei nostri desiderata.


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History and Applications of modeFRONTIER at Israel Aerospace Industries The first test case was an optimization of a business jet wing planform. The variables considered during the optimization were the wing span, the root chord, the crank chord, the tip chord, and the production series size. The fitness of the single design was measured in terms of performance, taking into account the overall mission range (Paris-New York), and in terms of business plan considering the minimum unit production cost and the lowest possible break-even point. The entire optimization process involved different software (both in-house and commercial) for example for weight calculation, for production cost and for mission performance evaluation. The second test case presented was more connected to business worthiness evaluation. The target was in this latter problem the maximum profit in minimum investment. The variables are in this case the aircraft price, the development and pre-production cost, the production cost, the production series size. The fitness function is evaluated in terms of maximum Fig. 1 - This figure is taken form “Analysis & Design of Aircraft Structures” by E.F earning, maximum profit margin, maximum total Bruhn and shows in a funny way what may happen if one of the discipline results to revenue and maximum internal return rate. The be dominant during the preliminary design of a new aircraft. complexity of the workflow managed with modeFRONTIER is shown in Fig. 2. Obviously, The title was pretty self-explanatory and indicated a modeFRONTIER was not only a platform in which willingness of IAI to make modeFRONTIER a widely used connecting all simulation software but even a very software in the company, involving different tasks, powerful post-processing tool to analyze the optimal departments and divisions. results as reported in Fig. 3. The presentation started by stressing the importance of After an initial well-described validation phase with the multidisciplinary and multi-objective optimization during previous test cases, modeFRONTIER is now part of the preliminary design. A fully integrated capability, as the multidisciplinary optimization activities in IAI. From then one provided by modeFRONTIER, can guarantee a single on, modeFRONTIER has been used as software for an general view of the design from the point of view of aerodynamics, or from geometric definition, mechanical systems, flight control, stresses, dynamics and flutter, fatigue and fracture and so on. Only a platform in which all disciplines run together, can guarantee that a balsa wood aircraft is not selected as one with the optimal solutions (Fig. 1). The preliminary design group is therefore considered in IAI a great “play ground” for revealing the potential and the added value for the entire company of an optimization tool such as modeFRONTIER. Within the software evaluation process, IAI optimized several multidisciplinary engineering problems. The presentation of the users’ meeting Fig. 2 - This figure shows the complexity of the workflow managed by modeFRONTIER. This in 2010 focused on some examples of combined workflow describes the second test case done in IAI, a business worthiness evaluation business and engineering aspects. problem. The goal of this study was to find the maximum profit in minimum investment. Israel Aerospace Industries (IAI) gave an important talk during the last modeFRONTIER users’ meeting in Trieste in 2010. The title of the presentation, given by Gali Lazar, was “From Wing Sizing to Business Plans: The Tremendous Potential of an Optimization Tool”.


56 - Newsletter EnginSoft Year 9 n°1 internal training course. The course was organized for training IAI’s engineers of different departments and divisions on the important concept of multidisciplinary optimization. Ohad Gur, Gali Lazar and Aharon Yaniv presented a paper at the Symposium on Applied Aerodynamics and Design of Aerospace Vehicle that was held on 16th-18th November 2011 in Bangalore, India. The focus of the paper is the development of the second application presented in Trieste. The paper demonstrates how it can be possible to decide the sizing parameters of the aircraft configuration without knowing its appearance and performance, and how to decide its appearance and performance without knowing its sizing parameters. The paper is available at: http://nal-ir.nal.res.in/10146. Another case study was presented in San Francisco last January at AHS Future Vertical Lift Aircraft Design Conference. This time the paper was on the design optimization of a prop-rotor for an electric tilt-rotor vehicle and the design framework was again based on modeFRONTIER because of its ability in dealing with a multi-goal design problem with several design constraints. Two basic models were discussed in detail: the prop-rotor aerodynamic model and the electric power system model. The results were presented in a comprehensive Pareto front format which enables the designer to choose the appropriate compromise out of the entire design space. The results emphasized the importance of a well-tailored

Fig. 3 - This figure refers to the results obtained from the workflow in figure 2. modeFRONTIER has several charts with which the selection of the preferred option can be discussed between decision makers with a visual help.

prop-rotor for a given air-vehicle and the advantage of using an optimization tools for a multidisciplinary design problem. The last paper is available in the AHS conference proceedings.

EnginSoft GmbH Presents Methodology for Bidirectional Simulation Data Flow Management at NAFEMS Simulation Data Management Conference EnginSoft GmbH participated in the NAFEMS Conference for Simulation Data Management on November 15th and 16th 2011 that was held at the Dolce Hotel in Munich, Germany. The aim of the conference was to inform about breakthrough technology related to Simulation Data Management (SDM) in order to better leverage SDM systems to save time, reduce development costs and improve time-to-market. The event hosted Simulation Engineers and IT specialists presenting recent outcomes of their integrated design and simulation processes. Companies like Audi, Volkswagen, BorgWarner and Embraer gave an insight on how they manage simulation data across multiple locations and how SDM tools improve project collaboration among members of different simulation departments within companies. Further benefits were the

scalability of these tools in order to cover product life cycles from the initial model to the final development report. EnginSoft GmbH contributed with a presentation on the paper “Methodology and Validation for Bidirectional, Homogeneous Simulation Data Flow Management in a FluidStructure Interaction Problem Utilizing Workflow Management and Shape Deformation Tools” [T. Newill, R. Wohlgethan, G. Buccilli, EnginSoft GmbH]

In the light of this topic EnginSoft GmbH tackled an issue for which there is not an out-of-the box solution. If we look at a race car wing for example: While it is designed to be as light as possible, it is also exposed to aerodynamic forces which cause vibration that eventually may lead to deflection. At the design level it means that ideally the simulation


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results from the structural analysis have to be applied – read: linked – to the fluid dynamics analysis. The lack of compatibility of the different data formats among different software as well as the different mesh requirements for CFD and FEA analyses makes handling this design workflow difficult. Traditionally the CAD geometry of the wing would be meshed and the fluid flow would be solved. The obtained pressure fields would be applied to the FEA model causing it deform. Now the challenge is not only to apply this deformation to the CFD model, but to do so in an automatic manner.The missing link between those simulation disciplines is therefore the gap to be closed. (Fig. 1). EnginSoft GmbH presented a solution to this fluid-structure interaction problem in which this process was handled automatically using modeFRONTIER, a process automation and design optimization software, and Sculptor, a mesh morphing software. modeFRONTIER steered Unigraphics NX in batch to generate the CAD models. After the automated meshing process with Gambit (Fig. 2), the fluid flow was solved by ANSYS Fluent to calculate the pressure fields. modeFRONTIER extracted those pressure fields and applied them onto the FEA model in MSC Nastran. Now Sculptor was called to read in that mesh (Fig. 3) so that modeFRONTIER could extract the deformation function by comparing the original and deformed FEA mesh. This function was then used to finally calibrate the FEA and CFD model (Fig. 4). In conclusion a solution is developed in which modeFRONTIER steers different software and transfers data automatically (Fig. 5). By including Sculptor in that design chain automatic shape matching can be performed taking into account results from different simulation disciplines.

Fig. 2 - Gambit Mesh

Fig. 3 - Undeformed FEA mesh in Sculptor

Fig. 4 - Calibration

Fig. 1 - Traditional Data Flow

The initial time to set up this design chain took less than 22 hours. Since the initial setup is only done once and the design chain is steered automatically time savings range from 50% to 60%. For more information on modeFRONTIER and Sculptor contact Ginesh Koottakara: info@enginsoft.com

Fig. 5 - Data Workflow in modeFRONTIER

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EnginSoft protagonista all’“ANSYS 2012 Worldwide Sales Conference” La cultura e le capacità dei tecnici e specialisti italiani nel campo dei Materiali Compositi in evidenza all’interno dell’evento di ANSYS Inc. Pittsburgh, Pennsylvania - USA, 25 Gennaio 2012. Di fronte ad un pubblico composto da oltre 600 delegati delle sedi ANSYS e Channel Partner, provenienti da tutto il mondo, EnginSoft presenta competenze, soluzioni ed esperienze nel campo applicativo dei Materiali Compositi. L’annuale appuntamento di Pittsburgh, organizzato dal leader mondiale di strumenti di simulazione CAE, ha offerto a tutto lo staff manageriale - tecnico, commerciale e marketing del mondo ANSYS - l’opportunità di prendere visione dello stato dell’arte delle tecnologie e degli strumenti di simulazione ed essere aggiornati sulle novità metodologiche di nuova generazione. EnginSoft, oltre alla partecipazione istituzionale, è stata formalmente invitata in tale contesto dall’ANSYS, Inc. ad esporre, in qualità di Project Leader, i contenuti tecnici ed il programma di sviluppo di un progetto focalizzato alla realizzazione di una metodologia innovativa e completa per prototipazione virtuale di strutture complesse in materiale composito in applicazioni tipiche del settore militare, aeronautico ed aerospaziale nel contesto di una squadra formata da specialisti del settore e promossa dall’ANSYS, Inc. Nel corso della sessione “Aerospace & Defense”, Marco Perillo di EnginSoft ha in primis presentato le esperienze, i lavori industriali ed i progetti di ricerca, realizzati attraverso l’impiego di tecnologie software standard e procedure specifiche sviluppate ad hoc che hanno motivato l’opportunità di realizzare il progetto e determinato il ruolo centrale assunto dalla EnginSoft stessa, per poi entrare nel dettaglio dei contenuti, dei metodi e dei criteri del programma. Aspetto basilare del programma di sviluppo è la realizzazione di una piattaforma software, basata sugli strumenti ANSYS, capace di gestire integralmente – dalla fase preliminare a quella decisionale – ed approfonditamente – ossia entrando nel dettaglio produttivo,

del danneggiamento, delle incertezze, ecc. – il processo progettuale di un prodotto complesso. Particolarmente apprezzati e dibattuti i risultati ottenuti dai tecnici e dai ricercatori EnginSoft nel campo dei materiali compositi avanzati impiegando efficacemente e mutuamente prodotti ANSYS standard, quali Workbench e ACP (ANSYS Composite Pre-post), applicazioni specifiche, come ESAComp di Componeering, e strumenti di ottimizzazione capaci di “pilotare” software e campagne di prototipazione virtuale: esempi industriali di applicazioni UAV (Unmanned Aerial Vehicle), di sistemi arma, di componenti di altissima precisione, quali i rilevatori di particelle utilizzati in fisica nucleare o tripode professionali per fotografi e cine-operatori, etc. sono stati presentati. Oltre gli aspetti tecnici-ingegneristici, alle motivazioni di impiego e scelta dei materiali e contestualmente dei processi produttivi, sono stati affrontati temi relativi all’opportunità di costituire processi di trasferimento tecnologico e metodologico specifici per ogni cliente tramite la fornitura di attività di supporto, collaborazione, formazione a beneficio delle risorse umane e delle funzioni tecniche aziendali. “La realizzazione di strutture in composito ad alte prestazioni –


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Marco Perillo, laureato in Ingegneria Meccanica presso l'Università degli Studi di Firenze, ha iniziato la propria carriera professionale nell’industria, dopo un esperienza lavorativa nel Corpo degli Ingegneri dell’Esercito, assumendo nel 1999 il ruolo di responsabile del settore tecnico di Dinamica Esplicita e di Progettazione Materiali Compositi in Italcae per poi passare a ricoprire il medesimo ruolo, nel 2002 in EnginSoft, della quale è tutt'oggi Direttore della Sede di Mesagne (BR) e dell’Unità Produttiva Emerging Methods & Technologies. Perillo viene considerato dagli addetti ai lavori uno tra i maggiori esperti Europei per la simulazione di fenomeni multifisici legati ai materiali compositi e vanta profonde conoscenze e competenze nel campo della simulazione numerica dei fenomeni di dinamica rapida, di deflagrazione/esplosione e di incendio. Tutti campi applicativi tipici del settore Difesa. ha dichiarato Marco Perillo alla platea – comporta la necessità di affrontare la sfida progettuale con la certezza di aver verificato ogni scelta con metodi appropriati e robusti, nonchè strumenti predittivi ed efficaci. Oggigiorno, rispetto alla fine degli anni novanta, la disponibilità di strumenti di calcolo ad alte prestazioni e le potenzialità dei sistemi di Prototipazione Virtuale permettono, e conseguentemente impongono, l’indagine approfondita del comportamento strutturale delle soluzioni prototipi al fine di garantire le prestazioni massime raggiungibili e ridurre drasticamente gli effetti ed i costi connessi con la gestione ed il controllo delle incertezze ambientali e produttive”. L’appuntamento di Pittsburgh, riunendo i rappresentanti del gruppo di lavoro specialistico della ANSYS di cui fanno parte tra gli altri EnginSoft e la tedesca CadFem e che ha tra i gli obiettivi da perseguire l’analisi e la definizione di strumenti e procedure di simulazione di nuova generazione per i campi d’impiego d’alta tecnologia come l’Aerospace & Defense, ha permesso di affrontare la discussione sulle potenzialità di applicazione di metodologie di indagine nel dominio dell’Incertezza, in modalità Ibrida, “Multi Scale”, con caratterizzazione ed impiego anche di materiali con fibre discontinue, considerando all’interno del processo globale di progettazione, simulazione e produzione anche le variabili “costi”. Per ulteriori informazioni: Marco Perillo, EnginSoft info@enginsoft.it

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Nemacolin… un bel finale 2011 Nella piccola località di Farminghton, al confine tra la Pennsylvania e la Virginia, in un lussuoso residence (Nemacolin Residence, esiste anche una pista di atterraggio per chi viene con il proprio aereo), si è tenuta la annuale riunione di fine 2011 ed inizio 2012, tra i diversi rappresentanti nazionali di ANSYS e delle orbitali realtà dei Channel Partner. I risultati fanno registrare globalmente un incremento delle vendite (in termini di ‘revenue’) e quindi incidentalmente degli utenti delle tecnologie della simulazione, sempre più capaci di affrontare tematiche nuove (per esempio: simulazioni in campo elettromagnetico) e di riconfermare la validità dell’antico (per esempio la meccanica). La delegazione EnginSoft (Bucchieri, Necchio, Perillo e Gonella) ha ben potuto figurare grazie all’affermazione del target raggiunto e al riconoscimento di un rapporto tecnico consolidato e capace di porsi in un rapporto di reciproco rispetto con il proprio fornitore; in sostanza, sia a livello di scambio personale di colloqui con il management tecnico sia con quello commerciale, si è avuta la assoluta certezza di un riconoscimento di competenze e di capacità che ben fanno sperare per il futuro. Non è stato facile nel 2011; infatti gli indici economici sono stati pesantemente negativi per tutto l’anno ma hanno giocato all’inverso due fattori: il primo fattore è la consapevolezza delle aziende di dover necessariamente scommettere per essere pronte ad un riavvio del mercato, e, il secondo è la tenacia dello staff commerciale EnginSoft e la competenza dei gruppi tecnici pronti a declinare rapidamente nel mondo della simulazione le richieste ingegneristiche dell’industria italiana. La mia personale visione è senz’altro ottimistica per il futuro, pur non scevra di umani dubbi legati non tanto a fattori di rendimento quanto piuttosto al periodo generale di instabilità economica; mi sembra però oltremodo puntuale richiamare il ‘leit motive’ proposto dagli organizzatori delle conferenza, ossia il Rinascimento della Ingegneria, che nel dettaglio hanno sintetizzato nel termine sprezzatura… Ovviamente per i più il termine è sconosciuto ma esso si potrebbe sintetizzare come segue: La sprezzatura è nella cultura del Rinascimento (e tardo umanistica) il mito assoluto. Il comportamento della persona che, acquisita dopo lungo studio un'abilità nel fare una determinata cosa, nel portare avanti un determinato compito, opera come se la cosa le venisse del tutto naturale, senza mostrare alcun artefatto e nessun impegno. Nel Rinascimento l'uomo perfetto danzava e viveva la sua vita di corte senza mostrare la fatica sopportata nell'imparare le regole di comportamento. In parole povere: ... uno mostra sprezzatura quando sembra che le cose gli vengano naturali… In tal senso, l’Italia e la cultura rinascimentale di Firenze hanno avuto uno spazio congruo e la piccola legione (4 su 700) ha dato ‘fiato alle trombe’ ostentando un orgoglioso quarto posto in Europa (a poca distanza dal terzo) e mostrandosi estremamente reattivo come nella presentazione sul tema dei compositi di Marco Perillo. Roberto Gonella


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EnginSoft presente al programma POR CReO 2007-2013 A Firenze, alla Fortezza da Basso, si è tenuto lo scorso novembre il meeting annuale per la disseminazione delle attività tecniche dei progetti di innovazione a finanziamento europeo all’interno del programma POR Creo. POR CReO 2007-2013 "Programma Operativo Regionale – obiettivo "Competitività Regionale e Occupazione" è uno dei più importanti programmi europei attraverso il quale la Regione Toscana sostiene i progetti di investimento delle imprese e degli enti pubblici. Obiettivo del programma è la promozione di uno sviluppo qualificato, nell'ambito di un quadro di sostenibilità ambientale, da perseguire attraverso il potenziamento della competitività delle imprese e di tutto il "sistema Toscana" e la conseguente crescita dell'economia e dei posti di lavoro. Il programma ha una durata di sei anni dal 2007 al 2013 e viene attuato attraverso il Documento di attuazione regionale (Dar). L’ing. Roberto Gonella, in qualità di direttore scientifico del Programma ‘RuBeeCOMP: Sistemi wireless innovativi‘ ha partecipato ed è stato intervistato. Il suo contributo riguarda l’innovazione del progetto e l’efficienza nel coordinamento di tre realtà aziendali di dimensioni e competenze tese a conseguire l’obiettivo scientifico innovativo sia nel risultato che nella modalità progettuale distinta al conseguimento dello stesso. Il progetto prevede lo studio di componenti in materiale composito con sistemi di comunicazione wireless integrati, capaci di operare in ambienti ostili alla radiofrequenza: sistemi, tecnologie di fabbricazione e piattaforma di progettazione integrata prodotto/processo. Il progetto è volto a studiare, testare e validare materiali, sistemi, tecnologie e metodologie di progettazione integrata di prodotto e di processo per la realizzazione di componenti in materiale composito che integrano al proprio interno dei sistemi di comunicazione wireless capaci di operare correttamente in ambienti ostili alla radiofrequenza (come ad

esempio acqua, olio, ecc.). Lo strumento per la progettazione integrata prodotto/processo sarà un prototipo di laboratorio di piattaforma informatica che consentirà l’implementazione dell’intero flusso di progettazione attraverso l’utilizzo degli strumenti di modellazione CAD, delle metodologie e degli strumenti per la verifica a calcolo (CAE) delle varie prestazioni del componente in esercizio, tenendo in considerazione anche gli effetti dei processi di fabbricazione (simulazione di processo) necessari a realizzarlo. L’obiettivo principale è di acquisire know-how tecnico, tecnologico e di progettazione sulla tipologia di componenti in studio. Questo know-how sarà sia specifico (sui sistemi di comunicazione, sulle tecnologie di fabbricazione, sulle metodologie di simulazione dei processi, sulla modalità di integrazione di dati provenienti dai calcoli numerici e dalle sperimentazioni), sia di tipo sistemico (ossia capace di trattare in modo efficace ed efficiente la progettazione e la realizzazione di componenti per loro natura complessi e ad elevato valore aggiunto). Il contributo di EnginSoft è in sostanza la definizione della piattaforma progettuale (modeFRONTIER) e le innovazioni tecnologiche legate alla simulazione delle proprietà del composito (ACP) e, non da ultimo la puntualità del contributo in campo elettromagnetico per la simulazione degli effetti della antenna immersa in materiale ostile come il composito. Per ulteriori informazioni: Roberto Gonella, EnginSoft info@enginsoft.it

Nella fotografia l’ing. Gonella, insieme all’ing. Michelizza della Wass, illustra i dettagli tecnici del progetto.


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EnginSoft ottiene la certificazione ambientale nella sede di Mesagne (BR) In data 1 febbraio 2012, la sezione EMAS Italia del Comitato per l’Ecolabel e l’Ecoaudit ha comunicato in modo ufficiale alla EnginSoft che per la sede operativa di Mesagne è stata deliberata la Registrazione EMAS III- REGOLAMENTO (CE) n. 1221/2009 Il percorso per il conseguimento di tale registrazione non è stato affatto breve, scontato e “lineare”. L'unità operativa EnginSoft di Mesagne ha intrapreso nel 2007 l'iter per la acquisizione della Registrazione EMAS III, sistema di gestione ambientale che si basa sulla norma EN ISO 14001:2004, ma che rispetto ad essa introduce elementi maggiormente qualificanti (continuo miglioramento delle prestazioni ambientali dell’organizzazione, diffusione presso i propri clienti/fornitori della propria politica ambientale, …). In pratica l’EMAS III rappresenta la forma più avanzata oggi esistente in termini di regolamento capace di integrare sinergicamente i processi aziendali con il rispetto e la valorizzazione delle tematiche ambientali. Il SGA (Sistema Gestione Ambientale) implementato nell'unità operativa di Mesagne fornisce le procedure necessarie per l’applicazione degli articoli che costituiscono il REGOLAMENTO (CE) n. 1221/2009 DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 25 novembre 2009 (EMAS III). Nello specifico, tali procedure indicano sia come gestire i diversi aspetti ambientali riconducibili all’organizzazione (dove per “aspetto ambientale” è da intendersi un elemento delle attività, dei prodotti o dei servizi dell’organizzazione stessa che ha, o può avere, un impatto sull’ambiente), sia quali sono le “best practice” da applicare allo scopo di migliorare in modo continuo le proprie prestazioni ambientali. Nel caso dell’unità operativa EnginSoft di Mesagne ciò si traduce in una serie di procedure che spaziano dalla corretta gestione dei rifiuti, per passare alla gestione delle acque meteoriche di dilavamento, sino ad arrivare ad azioni di selezione di fornitori certificati ISO 14001:2004 o EMAS. L’utilità della Registrazione EMAS si traduce, oltre che nell’applicazione di pratiche favorevoli all’ambiente, anche nell’essere riconosciuti come organizzazioni che operano nel rispetto dell’ambiente stesso e quindi di poter avere alcuni vantaggi nelle fasi propositive dei propri servizi (ad esempio ai fini della partecipazione a progetti co-finanziati il possesso della Registrazione EMAS permette di acquisire

importanti punti di premialità). Dopo numerosi e necessari step intermedi, lo scorso 24 novembre 2011 ha avuto luogo il penultimo atto prima dell’acquisizione della Registrazione EMAS III, in quanto l’ARPA Puglia ha effettuato in tale data presso la sede di Mesagne la visita ispettiva finalizzata a verificare l’effettiva applicazione del Sistema di Gestione Ambientale a livello sia normativo, sia impiantistico, sia di pratiche adottate. L’ultimo passaggio è stato infine quello in carico al Comitato Ecolabel ed Ecoaudit – Sezione EMAS Italia, afferente all’ISPRA e rappresentante l’Organismo Nazionale Competente per EMAS che, in seguito al riscontro fornito da ARPA Puglia, ha deliberato nella seduta tenutasi il 24 gennaio 2012 la registrazione EMAS III per il sito di EnginSoft Mesagne.

Fig. 1 - La sede EnginSoft di Mesagne (BR)

Nei prossimi numeri della newsletter sarà data anche evidenza del certificato EMAS III, che allo stato attuale è in fase di spedizione da parte del Comitato. Nel frattempo al link http://www.enginsoft.it/azienda/d_ambientale.html è possibile scaricare la Dichiarazione Ambientale, documento di pubblica diffusione avente lo scopo di far conoscere a tutti i soggetti che sono in relazione con EnginSoft la politica ambientale perseguita per garantire il rispetto e la salvaguardia dell’ambiente, definire lo stato attuale del SGA all’interno dell’unità operativa di Mesagne e di documentarne i risultati in relazione ai suoi obiettivi e traguardi ambientali. Per maggiori info: Vito Primavera - EnginSoft info


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EnginSoft Event Calendar ITALY 18 April Italy, Varese Aerospace&Defense seminar www.enginsoft.it/eventi 18-21 April Italy, Verona METEF – Alluminium & Foundry International Expo www.metef.com Pad. 4 B42 16 May Italy, Padova Optimization for Non Ferrous Foundry www.enginsoft.it/eventi 21-22 May Italy, Trieste modeFRONTIER Users Meeting 2012 um12.esteco.com/um12 20 June Italy, Bergamo Optimization for Iron and Steel Foundry www.enginsoft.it/eventi 24-28 June Italy, Venice 15th Conference on Composite Materials www.eccm15.org 22-23 October - Peschiera del Garda (VR) International CAE Conference and Exhibition www.caeconference.com GERMANY EnginSoft Germany Regular Webinars 2012 EnginSoft Germany hosts regular Webinars, to present the company's products and services, as well as specific Webinars, during which we discuss with our customers their current applications and needs. Please stay tuned to: www.enginsoft-de.com

FRANCE Flowmaster Roadshow 2012 Pour accompagner le lancement de Flowmaster V7.9 et présenter ses principales nouveautés, Enginsoft France organise des conférences dans plusieurs villes de France. Vous y découvrirez notamment l'analyse diphasique, le temps réel, et le couplage avec modeFRONTIER. Inscrivez-vous vite! Voici les lieux et dates – Dates & venues: • 2 février après midi à Nantes • 7 février après midi à Lyon • 9 février après midi à Toulouse • 14 février après midi à Aix en Provence • 16 février après midi à Paris Pour vous inscrire, appelez vite le +33 (0)1.41.22.99.30 ou visite: www.enginsoft-fr.com UK modeFRONTIER Workshops Warwick Digital Laboratory, Warwick University • 14 March • 2 April • 15 May • 13 June • 18 July modeFRONTIER Workshops for InfoWorks CS University of Warwick International Digital Lab • 22 March • 4 July To register, please visit: www.enginsoft-uk.com ISRAEL 20-22 Israel, Tel Aviv AUVSI International Conference www.auvsi2012.org.il To meet with EnginSoft at any of the above events, please contact us: eventi@enginsoft.it


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INTERNATIONAL

CAE

CONFERENCE

AND EXHIBITION BY ENGINSOFT

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3 r 2 2 2 tobe Oc2012

Peschiera del Garda (VR)

www.caeconference.com

Aerospace & Defense Seminar Si terrà il 18 Aprile p.v. presso il 'Museo Volandia' [www.volandia.it] di Somma Lombardo, in prossimità dell'aeroporto di Malpensa, il seminario organizzato da EnginSoft ed ANSYS in tema Aerospace & Defense. Nel corso dell'evento, che inizierà alle ore 10:00 e si concluderà alle ore 17:00, i relatori offriranno ai partecipanti una panoramica sullo stato dell'arte della simulazione numerica applicata al settore Aeronautico ed Aerospaziale e sulle tendenze di sviluppo che stanno aprendo nuovi scenari per l'impiego di queste tecniche e tecnologie. Tra i relatori del convegno, ed ospite d'onore, è previsto Robert Harwood, Aerospace & Defense Global Industry Director di ANSYS, che illustrerà le novità ed i trend di sviluppo del settore e gli obiettivi tecnologici perseguiti dall'azienda leader del CAE di Pittsburg – USA. Nel corso dell'incontro verranno trattate anche tematiche, attraverso la presentazione di casi reali risolti o progetti di ricerca, quali: la simulazione elettromagnetica, la fluidodinamica e l'ottimizzazione applicati nel settore Aerospace. È prevista anche una sessione dedicata all'impiego di materiali compositi, dalla simulazione in fase progettuale attraverso la scelta di materiali e strategie di produzione ma anche durante l'impiego o in caso di danneggiamento. A conclusione di giornata, i partecipanti saranno ospiti di EnginSoft ed ANSYS in una speciale visita guidata al museo ed ai pezzi unici qui esposti. Volandia è il parco tematico ricavato all'interno delle storiche officine Caproni, nei pressi

dell'aeroporto di Milano Malpensa. Un percorso affascinante sulla storia dell'aeronautica mondiale, con un focus sulle aziende e i personaggi che hanno segnato la storia della provincia di Varese. Il percorso è suddiviso in cinque aree - le forme del volo, ala fissa, ala rotante, area modellismo e convertiplano - e racconta la conquista dell'aria, dai voli pionieristici in mongolfiera ai primi velivoli di inizio XIX secolo fino al convertiplano, perfetta fusione tra volo verticale ed orizzontale. La partecipazione al seminario è a numero chiuso. Per informazioni e prenotazione: eventi@enginsoft.it – tel. 0461.915391


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