“Studio del movimento” è un termine catch-all per simulare e analizzare il movimento di assiemi e meccanismi meccanici. Tradizionalmente, gli studi sul movimento sono stati divisi in due categorie: cinematica e dinamica. La cinematica è lo studio del movimento senza riguardo alle forze che lo causano; la dinamica è lo studio dei movimenti che derivano dalle forze. Altri termini strettamente correlati per gli stessi tipi di studi sono la dinamica multibody, la simulazione meccanica del sistema e persino la prototipazione virtuale.
L’analisi cinematica è un compito più semplice dell’analisi dinamica ed è adeguata per molte applicazioni che coinvolgono parti in movimento. Le simulazioni cinematiche mostrano le posizioni fisiche di tutte le parti di un assieme rispetto al tempo che attraversa un ciclo. Questa tecnologia è utile per simulare il movimento allo stato stazionario (senza accelerazione), nonché per valutare il movimento a fini di interferenza, come le sequenze di assemblaggio di sistemi meccanici complessi. Molti pacchetti cinematici di base, tuttavia, fanno un ulteriore passo avanti fornendo “forze di reazione”, forze che derivano dal movimento.
La simulazione dinamica è più complessa perché il problema deve essere ulteriormente definito e sono necessari più dati per tenere conto delle forze. Ma le dinamiche sono spesso necessarie per simulare con precisione il movimento effettivo di un sistema meccanico. Generalmente, le simulazioni cinematiche aiutano a valutare la forma, mentre le simulazioni dinamiche aiutano ad analizzare la funzione.
Tradizionalmente, la cinematica e la dinamica hanno seguito il classico metodo del software di analisi di pre-elaborazione (preparazione dei dati), risoluzione (esecuzione degli algoritmi di soluzione, che comportano la soluzione di equazioni simultanee) e post-elaborazione (analisi dei risultati). Anche se i programmi di oggi sono molto più interattivi, la maggior parte dei programmi seguono questo processo di base poiché è un modo logico per risolvere il problema. La maggior parte dei risolutori sono disponibili come programmi software indipendenti.
Uno dei motivi della popolarità della modellazione solida è che pone le basi per molte applicazioni. È praticamente possibile creare disegni di lavoro automaticamente, il rendering di modelli che assomigliano da vicino gli oggetti reali e la generazione di modelli fisici da apparecchiature di prototipazione rapida. Allo stesso modo, lo studio del movimento di meccanismi e assiemi in movimento sta rapidamente diventando quasi un sottoprodotto” libero ” della modellazione solida, aiutando gli ingegneri a fare quanto segue:
- Simulare meccanismi per aiutare a sviluppare progetti funzionanti
- Visualizza fisicamente animazioni realistiche per rilevare i problemi e a studiare l’estetica
- Trova interferenze tra le parti in movimento e risolverli
- Verificare un intero sistema meccanico con numerosi, anche indipendenti, organi in movimento
- Trama movimento buste per la progettazione di alloggiamenti e garantire le distanze.
- Crea animazioni di sequenze di assemblaggio per pianificare una produzione efficiente
- Genera informazioni accurate sul carico per una migliore analisi strutturale
- Calcola le specifiche richieste per motori, molle, attuatori, ecc. nel processo di progettazione
- Produrre animazioni per l’output a video o per la pubblicazione su siti web, per mostrare ai clienti e ai clienti come prodotti effettivamente lavoro—non solo di fornire una serie di immagini di come potrebbe funzionare
L’output di base del movimento studi sono numerosi, tra cui animazione, il rilevamento interferenze, traccia di funzioni di base di dati di movimento, e le trame e grafici. I movimenti animati sono il classico risultato di semplici analisi cinematiche. Inizialmente, il progettista utilizza semplice animazione come una valutazione visiva del movimento per vedere se è ciò che si desidera. Animazioni più sofisticate possono mostrare il movimento da angoli critici o anche all’interno di parti, un netto vantaggio rispetto alla costruzione e all’esecuzione di un prototipo fisico.
La capacità di rilevare e correggere le interferenze senza passare da un software all’altro è uno dei principali vantaggi dell’integrazione di motion simulation e CAD. La maggior parte dei sistemi fornisce feedback sui colori, ad esempio, passando alle parti rosse che subiscono interferenze. Più utili, tuttavia, sono i sistemi che trasformano il volume di interferenza in un pezzo separato di geometria, che può quindi essere utilizzato per modificare le parti per eliminare l’interferenza.
Le funzioni di traccia forniscono ulteriori informazioni sul movimento. Il movimento di un giunto o di un punto particolare su una parte può essere tracciato in 3D come una linea o una superficie. Oppure, il sistema può lasciare copie della geometria a intervalli specificati. Tali funzioni possono fornire un involucro di movimento che può essere utilizzato per progettare alloggiamenti o garantire spazi.
I dati di movimento, come forze, accelerazioni, velocità e la posizione esatta di giunti o punti sulla geometria possono essere solitamente estratti, sebbene tali capacità siano più applicabili alle simulazioni dinamiche piuttosto che agli studi cinematici. Alcuni sistemi consentono agli utenti di collegare strumenti ai loro modelli per semplificare specificando quali risultati vogliono vedere.
La maggior parte dei pacchetti fornisce una pletora di funzioni di stampa e grafica. Grafici e grafici sono più comunemente utilizzati perché i valori variano nel tempo e sono più significativi di un singolo valore in un dato momento. Una capacità particolarmente utile per studiare le alternative di progettazione è quella di tracciare i risultati di due diverse simulazioni sullo stesso grafico. Tali dati possono anche aiutare i progettisti a determinare le dimensioni di motori, attuatori, molle e altri componenti del meccanismo.
Le forze che derivano dal movimento sono di particolare interesse perché possono essere utilizzate come carichi (o, almeno, per calcolarle) per l’analisi strutturale dei singoli membri. In genere, il carico più alto per un ciclo viene utilizzato per eseguire un’analisi lineare statica degli elementi finiti (FEA) di singoli componenti critici di un meccanismo. L’integrazione di software di modellazione solida, simulazione di movimento e FEA può semplificare notevolmente questo processo, particolarmente importante quando si studiano alternative di progettazione, dove sono necessarie molte analisi.
Gli ingegneri hanno utilizzato programmi software specializzati per eseguire varie analisi per anni in progetti come la progettazione di sospensioni automobilistiche. Facendo tutte le attività in un singolo programma CAD sta diventando routine come modellatori solidi sono strettamente legati al software di simulazione di movimento.
