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ESAComp

System simulation software

Prodotto da Componeering Inc.
Distribuzione EnginSoft
Contatti info@enginsoft.it
Descrizione

Esacomp materiali compositi ESAComp è un software per l’analisi e la progettazione di compositi ed elementi strutturali laminati.

ESAComp consente un'ampia scelta di opzioni per la progettazione e l'analisi, anche dal punto di vista della micromeccanica, di laminati solidi e sandwich.Inoltre, include strumenti di analisi per elementi strutturali come piastre, pannelli rinforzati, travi e colonne, vincoli e giunzioni meccaniche.

Grazie alla possibilità di interfacciarsi con i più diffusi pacchetti di software agli elementi finiti, ESAComp si inserisce senza soluzioni di continuità nel processo di progettazione.

Applicazioni del software ESAComp

  • Software per l’analisi e la progettazione di strutture in composito laminato
  • Progettazione concettuale e preliminare, post processing di analisi FE, studio dei dettagli, etc.
  • Interfacce con altri prodotti software per la progettazione/simulazione

Sistema di analisi e di progettazione di ESAComp

Strumenti di analisi

  • Micromeccanica fibra/matrice
  • Lamine e laminati
  • Elementi strutturali
    • Piastre
    • Travi
    • Giunti meccanici
    • Giunti incollati

Strumenti di progettazione

  • Valutazione del laminato
  • Creazione del laminato

Estensioni utente

Programmi agli elementi finiti
Altre applicazioni (modalità batch)

APPROFONDIMENTI

ESAComp - Software per la progettazione e l'analisi di compositi ed elementi strutturali laminati

Le origini di ESAComp

Il lavoro di sviluppo è stato iniziato dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA/ESTEC), che aspirava ad un software aperto che potesse combinare sotto una unica interfaccia utente tutte le funzioni necessarie per l’analisi ed la progettazione dei compositi.
Sebbene nato in campo aerospaziale, ESAComp è stato sviluppato come strumento generale per coloro trattano i compositi, sia in campo industriale che in quello della ricerca.logo eesa

Il nucleo del lavoro di sviluppo di ESAComp è stato condotto, sotto contratto con l’ESA/ESTEC, dal Laboratorio di Strutture Ultraleggere della University of Technology di Helsinky e dai suoi partner.
La prima release ufficiale di ESAComp è uscita nel 1998; nel 2000, il lavoro di sviluppo è stato trasferito alla Componeering Inc., che funge anche da distributore del software e da fornitore dei servizi di supporto ad ESAComp.
ESAComp consente una ampia scelta di opzioni per la progettazione e l’analisi, anche dal punto di vista della micromeccanica, di laminati solidi e sandwich.Inoltre, include strumenti di analisi per elementi strutturali come piastre, pannelli rinforzati, travi e colonne, vincoli e giunzioni meccaniche.
Grazie alla possibilità di interfacciarsi con i più diffusi pacchetti di software agli elementi finiti, ESAComp si inserisce senza soluzioni di continuità nel processo di progettazione.

Utenti ESACOMP

ESAComp è correntemente utilizzato da oltre 100 aziende ed istituti in più di 20 paesi in tutto il mondo.

Tipologie di mercato

  • Il settore aerospaziale è il più grande utente industriale; sono significativi anche quelli dell’istruzione e della ricerca.
  • Nuovi utenti in vari settori dell’industria quali: navale, automobilistico, eolico, ferroviario, etc.

Clienti di riferimento di ESAComp

ESAComp è attualmente utilizzato da aziende, centri di ricerca ed università in oltre venti differenti paesi.
Una piccola parte di questi utenti sono elencati di seguito.
Sono anche riportati alcuni esempi di progetti in cui ESAComp è stato utilizzato.

logo esa

logo contraves space

logo cern

logo eads

  • Aermacchi S.p.A., Italy
  • Airbus, Germany
  • Alcan Airex AG, Switzerland
  • Alcatel Space, France
  • Astrium, UK & Germany
  • BMW AG, Germany
  • CERN, Switzerland
  • Contraves Space AG, Switzerland
  • EADS CASA Espacio, Spain
  • EADS Deutschland, Germany
  • ESA/ESTEC, The Netherlands
  • Fischer Advanced Composite Components, Austria
  • HEAD Sport AG, Austria
  • MAN Technologie AG, Germany
  • Recaro Aircraft Seating GmbH & Co, Germany
  • Saab Ericsson Space, Sweden
  • Toyota Motorsport GmbH (F1), Germany
  • Volkswagen AG, Germany

Potenzialità di ESAComp
software esacomp ESAComp in breve
  • Agevola il passaggio dalla progettazione concettuale a quella preliminare (selezione dei materiali, definizione del lay-up dei laminati, etc.)
  • Compie veloci ed affidabili analisi di elementi strutturali (travi, piastre, giunti, etc.)
  • Si interfaccia con la maggior parte di software FE ed aggiunge dettagliate capacità di post-processing

Benefici per l’utente

  • ESAComp rende il processo di progettazione di prodotti in composito più veloce ed efficiente
  • La semplice analisi FE necessaria nella progettazione concettuale/preliminare può essere, almeno in parte, sostituita
  • Rappresenta il punto di partenza ottimale per procedere all’analisi FE di una intera struttura
  • È uno strumento dedicato nel campo della progettazione dei materiali compositi
  • ESAComp rende il processo di progettazione più affidabile
  • Possono essere studiati specifici modi di cedimento altrimenti ignorati dai software FE
  • Le analisi di intagli, giunti etc. non sono più banali usando anche generici software FE

Aspetti chiave di ESAComp

  • Interfaccia grafica utente (GUI) unificata per accedere a tutte le funzionalità
  • Oggetti ESAComp (lamine, laminati, elementi strutturali...)
  • Salvataggio dati a livello utente e aziendale
  • Banca dati integrata nel sistema
  • Display per analisi multiple e grafici dei risultati
  • Funzioni di progettazione
  • Interfacce con software FE
  • Estensioni utente:
    • criteri di cedimento e modelli di micromeccanica specificati dall’utente
    • le analisi in ESAComp possono essere lanciate da programmi esterni (modalità batch)
    • integrazione di moduli sviluppati dall’utente (in corso di implementazione)
  • Piattaforme: MS Windows, Linux, HP-UX, altre piattaforme su richiesta
  • Documentazione esauriente

Strumenti di analisi e di progettazione di ESAComp
esacomp

Strumenti di analisi

Analisi di Micromeccanica
  • Formule basate sulla regola delle miscele per il calcolo della rigidezza, della dilatazione termica e/o di quella dovuta all’assorbimento di umidità da parte di lamine unidirezionali (UD)
  • Proprietà delle lamine bi-direzionali sulla base di quelle delle lamine UD e della teoria della laminazione
  • Possibilità di implementare relazioni di micromeccanica specificate dall’utente

Analisi di laminati

  • Calcolo della rigidezza e della dilatazione termica e/o di quella dovuta all’assorbimento di umidità
  • Reazione al carico
  • Cedimenti (FPF – First Ply Failure, DLF – Degraded Laminate Failure, cedimento a taglio del core e per corrugamento delle pelli per i sandwich)
  • Resistenza (casi di carico uniassiale)
  • esacomp
  • Localizzazione del cedimento
  • Studi di sensitività
  • Effetti da bordo libero
  • Laminati intagliati
  • Spostamenti di strato
  • Distribuzione di temperatura ed umidità
Analisi di piastre
  • Piastre rettangolari con ogni combinazione di vincolo per gli spigoli (liberi, poggiati, bloccati)
  • Piastre irrigidite con rinforzi a sezione trasversale di tipo T, I, C e Z
  • Tipi di analisi: carico trasversale, carico nel piano (buckling), frequenze naturali
  • Tipi di carico trasversale: pressione, distribuito su linee, concentrato su punti· Analisi attraverso un solutore FE integrato
Analisi di travi
  • Sezioni trasversali delle travi:
    • Laminati/sandwich
    • Circolari
    • Ellittiche
    • Sezioni a I
  • Tipi di analisi:
    • Proprietà della sezione trasversale
    • Carico trasversale
    • Carico assiale (buckling)
    • Frequenze proprie
Analisi di giunti incollati
  • Tipi di giunto: single e double lap, single e double strap, single e double sided scarfed lap, bonded doubler
  • esacomp
  • Carichi: assiale, flettente, taglio trasversale, taglio nel piano
  • L’adesivo è modellato con molle che lavorano a trazione/compressione e taglio usando modelli di materiale lineare o bi-lineare
Analisi di giunti meccanici
  • Si considera un giunto meccanico sottoposto a carico assiale
  • Tipo di giunto: single e double lap
  • Si considera una singola riga di fastener
  • La spaziatura dei fastener è libera
  • I fastener possono avere diametro differente
  • Si tiene conto della flessibilità del fastener
  • Risultati:trasferimento dei carichi ai fastener, concentrazine degli sforzi attorno ai fori, cedimento del laminato
Funzionalità di progettazione
  • Approccio “hands-on”
    • Analisi multiple
    • Grafici dei risultati
    • Studi parametrici
    • Elementi strutturali semplici
  • Strumenti di progettazione
    • Solutori di problemi inversi che cercano una soluzione per un problema di progettazione definito dall’utente
    • Assistenza nella selezione del materiale e nella progettazione del lay-up del laminato
Nuove funzionalità in corso di sviluppo
  • Proprietà dei materiali dipendenti dall’ambiente circostante
  • Analisi probabilistica
  • Elementi shell cilindrici
  • Concetto di sub-laminato
    • Modellazione di rinforzi multiassiali
    • Criteri di cedimento su sub-laminati e a livello di laminato
  • Nuove possibilità di estensione da parte dell’utente.

Interfacce FE di ESAComp
esacomp01

Grazie alla sua abilità di interfacciarsi con i più diffusi pacchetti software agli elementi finiti, ESAComp si inserisce senza soluzione di continuità nel processo di progettazione di prodotti in composito. Le analisi di ESAComp possono essere usate con gli strumenti di progettazione per lo studio preliminare di strutture laminate. La stratificazione del laminato e le relative proprietà specificate in ESAComp possono essere esportate nel software agli elementi finiti usando l’interfaccia di esportazione FE dedicata.
Dopo l’analisi FE, i progettisti possono importare i risultati usando l’interfaccia di importazione FE, permettendo un post processing a livello del laminato e un ulteriore miglioramento della struttura.

I pacchetti di software FE supportati sono:

  • ABAQUS™
  • ANSYS™
  • ASKA™
  • I-DEAS™
  • LS-DYNA™
  • MSC.Nastran/Patran™
  • EMRC NISA™ (export)

Esempi di applicazioni
esacomp

Struttura di satellite – Telescopio spaziale XMM Newton

Il più grande satellite scientifico mai costruito in Europa, con a bordo un telescopio spaziale a raggi X, lanciato nel 1999 nell’ambito di una missione

Il tubo del telescopio, in composito, è stato realizzato dalla Patria Finavicomp, in FinlandiaLa progettazione della struttura laminata per il tubo è stata sviluppata, usando ESAComp, nel Laboratorio di Strutture Ultraleggere dell’Università della Tecnologia di Helsinki

Vettore – Ariane 5 – Struttura ACY

esacomp

L’ACY 5400 è un modulo plug-in che estende la carenatura a disposizione del carico pagante per alloggiare satelliti più grandi.

E' stato progettato e costruito dalla Contraves Space AG, Svizzera.

  • Requisiti: elevati carichi di compressione, elevata rigidezza, bassa densità
  • Struttura: sandwich con fibre di carbonio unidirezionali nelle pelli e core in honeycomb di alluminio

ESAComp è stato usato nella selezione dei materiali e nell’ottimizzazione del lay-up.

Lo sviluppo è cominciato nel 1999 ed il primo volo è avvenuto nel 2000, dopo 17 mesi

“In particolare, lo sviluppo così rapido del programma è stato aiutato dalle analisi con ESAComp, che ha fornito un ottimo lay-up e dei dati affidabili per le analisi ingegneristiche nella fase di progettazione”.

esacomp

Yacht da competizione – 40 ft Lake Racer

Si tratta di un progetto della DYNE Design Engineering Gmbh, Svizzera.

La progettazione strutturale dello yacht da competizione coinvolge l’uso di strumenti di analisi del laminato, software FE, standard di classificazione ed esperienza.

Lo studio è dimostrativo di una “migliorata” interfaccia ESAComp – Ansys sviluppata sull’esperienza di Dyne.

Unità di equipaggiamento satellitare – Alloggiamento leggero per strumentazione

esacomp

Studio dell’ESA in collaborazione con INASMET (partner principale, Spagna), Università della Tecnologia di Helsinki (Finlandia), Verhaert (Belgio).

Fattori principali per l’uso di materiali compositi:

  • risparmio di peso
  • conducibilità termica aumentata (fibre di carbonio ad alta conducibilità)
  • compatibilità con le strutture in composito del satellite

Strumenti di analisi di ESAComp utilizzati nella progettazione concettuale e nella selezione dei materiali:

  • micromeccanica per definire le proprietà del materiale delle ply
  • studi compartivi di conducibilità termica per i possibili lay-up dei laminati
  • esacomp
  • analisi di piastra per stimare le frequenze naturali
  • interfacce FE per esportare le proprietà del laminato in termini di elementi solidi o shell

Strumenti di analisi di ESAComp usati nella progettazione dettagliata:

  • interfacce FE (importazione ed esportazione)
  • failure analysis dei casi QSL con differenti criteri di cedimento
  • studi dello sforzo di taglio trasversale del laminato (aree vicine agli inserti)

Struttura di un treno

Carrozza della Siemens per la metropolitana di Torino

esacomp06
  • EC-Engineering Oy, Finlandia: fornitore del front-end in vetroresina
  • Componeering: progettazione strutturale ed analisi del composito

Il test di compressione statica (200 kN) ha imposto severi vincoli di rigidezza e resistenza tenendo in conto i requisiti relativi alla massa ed al rapporto materiale/costi.

  • Strutture sandwich con rinforzi locali resistenti alle prove di carico
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Strumenti di ESAComp usati nella progettazione concettuale:

  • analisi del laminato per valutare i risultati della prova di trazione sul campione e per definire le proprietà del delle pelli del sandwich
  • analisi della trave per valutare i risultati della prova di flessione a tre punti e per stimare la proporzione tra rigidezza a flessione e rigidezza a taglio
  • interfaccia FE per esportare in Ansys i dati di laminato dei lay-up candidati

Strumenti di ESAComp usati nella progettazione dettagliata:

  • interfaccia FE per importare i risultati dell’analisi numerica e identificare le aree critiche del modello relativamente ai modi cedimento
  • strumenti di progettazione per migliorare i lay-up nelle zone critiche
  • interfacce FE migliorate per studiare efficientemente le aree critiche e i modi di cedimento

Analisi Strutturali e impiego di materiali compositi per l'ingegneria navale
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Fig. 1 - Analisi Processo Produttivo

Il trasferimento tecnologico, come strumento per lo sviluppo competitivo di sistemi complessi, innovativi e di elevato livello qualitativo, quali i prodotti richiesti dall’odierno mercato nautico, assume un ruolo centrale e strategico nella proposta di strumenti, attività e servizi indirizzata esplicitamente alla progettazione nautica.

In particolare, l'impiego sistematico di strumenti propri della sperimentazione virtuale, divenuto obbligatorio in settori ad alto contenuto tecnologico, è perfettamente e facilmente mutuabile nei processi progettuali dell’ingegneria navale, con l’obiettivo dichiarato di incrementare qualità, prestazioni e produttività in maniera contestuale alla riduzione dei costi e dei tempi di produzione.

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Fig. 2 - prototipo Tender 08

Adottare logiche industriali che si basano su strumenti tecnologicamente avanzati, quali quelli di prototipazione virtuale, per studi di fattibilità, previsione delle prestazioni, analisi strutturali, impiego di materiali compositi ed ottimizzazione del processo e del prodotto, è una risposta naturale ad una richiesta di standard sempre più elevati.

Riportiamo come esempio un’applicazione notevole della metodologia integrata a supporto della progettazione di strutture in composito su scafi di imbarcazioni, sia plananti sia dislocanti, affrontata in collaborazione con FHNW - Fachhochschule Nordwestschweiz (University of Applied Sciences Northwestern Switzerland) sul prototipo TENDER 08 (cfr Fig. 2).

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Fig. 3 - confronto tra i valori di efficienza dell’imbarcazione

Questa metodologia, oramai verificata e consolidata, sfruttando le potenzialità della piattaforma progettuale modeFRONTIER, permette la completa integrazione di:

  • dati sperimentali necessari alla caratterizzazione dei materiali costituenti (e.g. pre-preg, fibre secche, resine, etc) per una reale confidenza e ripetitività delle informazioni di input;
  • effetti del processo produttivo di infusione per migliorare la qualità del prodotto e ridurre i costi/tempi di assemblaggio delle singole parti attraverso il rispetto preciso delle tolleranze (cfr. Fig. 1);
  • software per la progettazione di materiali compositi ESAComp, adottato per la valutazione del soddisfacimento dei regolamenti a cui lo scafo è soggetto (e.g. R.I.Na. e ISO);
  • codice agli elementi finiti ANSYS, per la previsione del comportamento strutturale (cfr. Fig. 2);
  •  codici ad hoc per la previsione del comportamento idrodinamico e delle prestazioni.

Il tutto senza tralasciare gli aspetti relativi al design, all’ergonomia, alla destinazione d’uso ed ai costi di produzione.

L’adozione di questa metodologia ha permesso il passaggio da una logica basata sull’utilizzo di materiali efficaci alla progettazione di componenti efficaci. Il risultato è un’imbarcazione più leggera, con migliore efficienza idrodinamica, soggetta a carichi minori e con riduzione dei sistemi di trasmissione, e che, in estrema sintesi presenta prestazioni estremamente migliori rispetto ai prodotti concorrenti (cfr. Fig. 3).

 

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