SimScale

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SimScale
Logo
SviluppatoreSimScale GmbH
Data prima versione2013 (2013)
Sistema operativoBrowser Internet (non in lista)
Linguaggio
GenereComputer-aided engineering
Cloud computing
Licenzashareware
(licenza non libera)
Sito web

SimScale è un software CAE (computer-aided-engineering) distribuito mediante una piattaforma di cloud computing. SimScale offre la possibilità di effettuare analisi agli elementi finiti, analisi di fluidomeccanica computazionale e analisi termiche[1][2]. La piattaforma si basa su diversi codici di simulazione numerica a seconda dell'analisi effettuata:

La piattaforma cloud di SimScale permette agli utenti di eseguire più analisi in parallelo[3] e quindi ottenere una maggiore varietà di configurazioni analizzate rispetto all'utilizzo di computer locali.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

SimScale GmbH è stata fondata nel 2012 da un gruppo di cinque laureati dell'Università tecnica di Monaco (TUM): David Heiny, Vincenz Dölle, Alexander Fischer, Johannes Probst e Anatol Dammer[4]. Il principale obiettivo era quello di diffondere le tecnologie CAE, proponendo un'alternativa all'installazione di software sulle macchine locali, come era uso comune al tempo. Dopo un iniziale periodo di sviluppo in fase beta, la piattaforma on-line fu definitivamente aperta agli utenti nella seconda metà del 2013[5].

Nel 2015, SimScale ha annunciato la sua collaborazione con Onshape, una piattaforma on-line che offre strumenti di modellazione CAD su cloud. La collaborazione ha portato allo sviluppo di un'app che permette di esportare modelli CAD da Onshape e importarli direttamente in SimScale[6].

Il 2 dicembre 2015 è stato annunciato un progetto che mira a rendere la piattaforma accessibile gratuitamente[7]. L'obbiettivo è quello di rendere l'uso delle tecnologie CAE più diffuso e capillare, raggiungendo un'utenza non composta solo da grandi aziende, ma anche piccole imprese, singoli professionisti e studenti[8][9].

Nel 2016, SimScale ha iniziato una collaborazione con Autodesk sviluppando un'estensione attraverso la quale gli utenti SimScale potessero importare modelli CAD 3D direttamente da Fusion 360[10]. Sempre nel 2016 è stata inaugurata la SimScale Academy[11], ossia un servizio di e-learning con lo scopo di fornire corsi on-demand circa simulazioni ingegneristiche. Il 24 febbraio 2016 SimScale ha annunciato una collaborazione con Traceparts (un'azienda che fornisce contenuti digitali in 3D per l'ingegneria) che permetterà di importare direttamente i modelli CAD creati su Traceparts[12].

Nel dicembre 2016 il numero di utenti iscritti a SimScale ha raggiunto quota 80 000 e il numero di simulazioni liberamente accessibili sulla piattaforma ha superato le 15 000 unità[13].

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

La piattaforma SimScale propone strumenti di simulazione per una grande varietà di applicazioni e campi dell'ingegneria. Di seguito viene fornita la spiegazione e un esempio illustrativo per ogni strumento di modellazione accessibile attraverso SimScale.

Modulo di Simulazioni agli Elementi Finiti (FEM)[modifica | modifica wikitesto]

Il modulo FEM[14] utilizzato da SimScale per le analisi agli elementi finiti si basa sui codici open-source Code Aster e CalculiX. Questi codici permettono di effettuare analisi lineari e non lineari, statiche e dinamiche di strutture. In campo dinamico è possibile effettuare analisi modali (nel dominio delle frequenze), analisi armoniche e analisi dinamiche nel dominio del tempo.

Analisi statiche lineari Analisi statiche non lineari Analisi dinamiche lineari Analisi dinamiche non lineari
Questo modulo permette di calcolare sforzi e spostamenti indotti in una struttura sottoposta a un carico statico. L'immagine mostra lo stato di sforzo indotto nel braccio di un moschettone. Progetto: Analisi strutturale statica di un moschettone[15].
Nonlinear Static Analysis Snap Fit
Questa immagine mostra lo stato di sforzo indotto in una fibbia a scatto calcolato mediante un'analisi statica non lineare. La simulazione include la modellazione del contatto tra i diversi componenti della fibbia. Progetto: Analisi non lineare con contatto di una fibbia a scatto[16].
L'immagine mostra la distribuzione degli sforzi ottenuta mediante un'analisi dinamica lineare. La simulazione riguarda un telefono cellulare lasciato cadere al suolo da un'altezza di 2 metri. Progetto: Analisi dinamica lineare di un telefono caduto a terra[17].
Questo tipo di analisi simula la risposta di una struttura sottoposta a un carico dinamico. L'immagine mostra l'impatto di un cranio umano senza casco su una piastra rigida. Progetto Analisi dinamica non lineare dell'impatto di un cranio umano[18].
Analisi Multibody Analisi armoniche Analisi modali Modelli constitutivi
Questa immagine mostra l'analisi lineare di un sistema multibody. SimScale permette di importare sia il modello CAD che le mesh, sia delle singole parti che del modello assemblato. La simulazione include vincoli di contatto lineare. Progetto: Analisi lineare di un sistema multibody[19].
Questo modulo è in grado di simulare la risposta di picco di un sistema sottoposto a un carico periodico in un determinato intervallo di frequenze. L'immagine mostra il valore degli spostamenti di esercizio di una turbina ottenuti mediante l'utilizzo del modulo FEM. Progetto Analisi armonica di una turbina[20].
L'analisi modale serve a calcolare le frequenze proprie e i modi naturali di vibrare di una struttura. In questa figura vengono mostrati gli spostamenti indotti su un ponte a traliccio. La simulazione considera i primi 20 modi di vibrare. Progetto: Analisi modale di un ponte a traliccio[21].
Il modulo FEM comprende numerosi modelli costitutivi in modo da simulare la gran parte dei materiali utilizzati in applicazioni ingegneristiche, fino a rottura. L'immagine mostra lo stato di sforzo di uno stent, modellato attraverso una legge costitutiva iperelastica. Progetto: Analisi di sforzo di uno stent cardiovascolare[22].

Modulo per la fluidodinamica computazionale (CFD)[modifica | modifica wikitesto]

Il modulo CFD[23] di SimScale si basa su OpenFOAM per le analisi fluidodinamiche. Il software permette di effettuare sia analisi in regime stazionario che in regime transitorio. Nella tabella sottostante sono state riportate le principali tipologie di simulazione effettuabili su SimScale.

Regime laminare Regime turbolento Flusso incomprimibile Flusso comprimibile
Consente la simulazione di flussi regolari che avvengono a basse velocità. L'immagine mostra i fluidi convettivi nell'aria all'interno di una camera bianca (cleanroom). L'analisi è stata fatta utilizzando il modulo CFD di SimScale. Progetto: Flusso laminare all'interno di una camera bianca[24].
Consente la simulazione di flussi turbolenti e vigorosi, che si sviluppano superata una certa velocità limite. La figura riporta la simulazione di un ciclone (o "depolveratore centrifugo"). Progetto: Flusso turbolento all'interno di un separatore a ciclone[25].
Si tratta di fluidi la cui densità rimane costante nel tempo. Tale ipotesi può essere estesa a fluidi normalmente considerati comprimibili, purché si soddisfino determinate condizioni di pressione e velocità. Progetto: Flusso incomprimibile attraverso un iniettore Venturi[26].
Applicabile a flussi in cui avviene una significativa variazione di densità. L'immagine mostra la simulazione aerodinamica del flusso d'aria intorno a un aereo con Numero di Mach M=0.35 e angolo di incidenza di 2°. Progetto: Simulazione aerodinamica di un aeroplano[27].
Flussi multifasici Trasporto di campi scalari Interazione Fluido Struttura Modellazioni avanzate
Consente di simulare flussi multi-fase o multi-fluido. Nella figura è riportata la simulazione di un mescolatore all'interno di un reattore industriale. L'analisi è stata fatta utilizzando il modulo CFD di SimScale. Progetto: Simulazione multi-fase di un mescolatore all'interno di un reattore[28].
Permette di simulare la propagazione di una quantità scalare (es. concentrazione chimica) all'interno di un flusso incompressibile. La simulazione in figura mostra la diffusione di fumo all'interno di un parcheggio. Progetto: Trasporto scalare CFD in un garage[29].
Simula un flusso che viene fortemente alterato dall'interazione con un oggetto solido, come nel caso di valvole. La simulazione della valvola di sovrapressione mostrata in figura è basata su un modello CAD fornito da GrabCAD. Progetto: Analisi di valvola di sovrapressione[30].
Centrifugal Pump with MRF
SimScale offre la possibilità di effettuare analisi avanzate come simulazioni di flussi con parti solide mobili e mezzi porosi; nella figura viene riportata la simulazione di una pompa centrifuga utilizzando mesh mobili (metodo MRF) per le parti solide. Progetto: Pompa centrifuga con MRF[31].

Modulo termico[modifica | modifica wikitesto]

Il modulo per le simulazioni termiche[32] si basa su OpenFOAM per la simulazione di scambi di calore solido-solido e fluido-solido; per quanto riguarda le analisi termomeccaniche di solidi, invece, SimScale utilizza Code Aster e CalculiX. SimScale offre diverse tecniche di simulazione, tra cui analisi termomeccaniche non accoppiate[33], metodo coniugato per la trasmissione di calore[34] e analisi convettive. Sia analisi in regime stazionario che in regime transitorio sono possibli. SimScale permette anche si effettuare simulazioni in regime turbolento, potendo scegliere tra diversi modelli di turbolenza. Nella tabella sottostante sono riportati esempi deli diversi tipi di analisi supportati da SimScale.

Analisi termomeccaniche Trasmissione di calore per convezione Conduzione termica Radiazione termica
Thermal - Structural Analysis of a Pipe
Nell'immagine è mostrato lo stato di sforzo di una tubatura in acciaio fessurata. L'analisi effettuata considera la completa interazione termomeccanica tra la tubazione danneggiata e il flusso di vapore in pressione al suo interno. Progetto: Analisi termomeccanica di una tubazione fessurata[35].
SimScale Thermal Analysis - Convection
Questo modulo simula la trasmissione di calore attraverso flussi convettivi naturali o forzati. Nell'immagine viene mostrato il flusso convettivo di aria all'interno di una lampadina causato dal riscaldamento del filamento metallico. Progetto: Flusso convettivo all'interno di una lampadina[36].
SimScale Conduction heat transfer
Permette di simulare il il trasferimento di calore per conduzione in regime stazionario o transitorio. L'immagine immagine mostra l'analisi termica transitoria di un chip eletrtonico montato in un circuito stampato. Progetto: Analisi termica transitoria di un circuito stampato[37].
SimScale Radiation heat transfer
Questa immagine mostra la temperatura durante un processo di saldatura laser. Il trasferimento di calore per irraggiamento è di norma considerato per applicazioni ad alte temperature o, in genere, ogni volta che si ha un'elevata differenza di temperatura tra un oggetto e ciò che lo circonda.

Il modulo CHT (conjugate heat transfer) simula lo scambio di energia tra un solido e un liquido. Tale modulo è stato recentemente implementato in SimScale ed è usato per il progetto e simulazione di scambiatori di calore, sistemi di riscaldamento/raffreddamento, componenti elettroniche e fonti di calore in genere[34].

Conjugate heat transfer
Questo modulo è utilizzato per simulare lo scambio di calore tra una fase solida e una fase fluida. L'esempio in figura rappresenta l'analisi di uno scambiatore di calore in cui due fluidi si scambiano energia attraverso una barriera solida. Progetto: Simulazione CHT: scambiatore di calore[38].

Altri moduli[modifica | modifica wikitesto]

Oltre ai moduli sopracitati, SimScale offre anche moduli più specifici e avanzati come:

Analisi discrete (particle analyses)
Si tratta di un modulo che utilizza tecniche di modellazione discreta; tali tecniche sono particolarmente adatte alla simulazione di movimentazione di masse granulari (es. terreno) o di flussi su grande scala. Nella figura si mostra la movimentazione di un materiale granulare attlaverso un trasportatore a cocléa. Progetto: Analisi discreta di un movimentatore a cocléa[39].

Formato dei File[modifica | modifica wikitesto]

SimScale permette l'importazione della geometria nei formati STEP, IGES, BREP e STL; la mesh viene invece formattata secondo gli standard OpenFOAM, UNV, EGC, MED e CGNS. Inoltre, la geometria può essere importata direttamente da una piattaforma di CAD on-line (Onshape).

SimScale permette anche l'importazione di modelli CAD direttamente da Fusion360 (software Autodesk)[40].

Applicazioni Industriali[modifica | modifica wikitesto]

La piattaforma di calcolo SimScale viene utilizzata per simulare diverse applicazioni industriali[41], come: HVAC, ingegneria del vento, industria automobilistica, ingengneria aerospaziale, elettronica, macchine ed equipaggiamento industriali, dissipatori, biomeccanica, etc[42]. SimScale è stato utilizzato da diverese aziende come supporto professionale; per esempio, Tokyowheel, un'azienda giapponese che produce ruote in fibra di carbonio per biciclette da corsa professionali, ha utilizzato la piattaforma SimScale per ottimizzare la forma delle ruote per ottenere il profilo maggiormente aerodinamico[3]. QRC Technologies ha utilizzato SimScale per effettuare svariate simulazioni termiche su diverse varianti dei misuratori di radiofrequenze da loro prodotti[43]. Carlsson Autotechnik ha utilizzato il modulo CFD di SimScale per ottimizzare il profilo aerodinamico di alcune autovetture prodotte. Malaika, un'azienda specializzata nella produzione di sedili automobilistici, ha utilizzato il modulo FEA di SimScale per incrementare la sicurezza dei seggiolini per bambini.

SimScale community[modifica | modifica wikitesto]

Il 2 dicembre 2015, SimScale ha lanciato il progetto "SimScale Community", finanziato da Union Square Ventures (USV)[44][45]. Il progetto prevede l'offerta gratuita di 3000 ore di calcolo e 500 GB di memoria all'anno per ogni utente registrato. Ogni simulazione creata all'interno di questo progetto è pubblica e accessibile a tutti gli utenti alla pagina "Public project library"[46] sul sito SimScale. Accedendo a questa pagina, ogni utente può consultare, scaricare, modificare e lanciare ogni simulazione creata all'interno del progetto "Community".

Programma di estensione[modifica | modifica wikitesto]

SimScale organizza numerosi webinar gratuiti, perseguendo l'obiettivo iniziale dei fondatori, ossia di diffondere la conoscenza e utilizzo degli struemnti CAE, estendendoli non solo ai professionisti, ma anche a studenti e professionisti indipendenti. Alcuni esempi di webinar organizzati sono:

  • Fluidomeccanica Computazionale (CFD) - Master Class[47]
  • Analisi agli Elementi Finiti (FEA) - Master Class[48]
  • Analisi Termiche (Workshop)[49]
  • Stampa 3D (Workshop)[50]
  • Aerodinamica in Formula1 (Workshop)[51]
  • Simulazioni Numeriche nell'Ingegneria Biomedica (Workshop)[52]
  • CFD in "Formula Student" e "Formula SAE" (Workshop)[52][53]
  • Progettazione di droni (Workshop)[54][55]

Nel 2016, SimScale ha lanciato un programma accademico[56] per stringere relazioni con scuole, università e singoli ricercatori. All'interno di questo progetto, SimScale offre agli studenti un abbonamento gratuito al "Professional plan" (che include simulazioni private e supporto tecnico[57]) e sponsorizza gruppi di studenti che intendano partecipare a competizioni come Formula SAE/Formula Student, SpaceX Hyperloop Pod Design etc.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) ENGINEERING.com, SimScale Brings the Price of Computer-Aided Engineering Down to Zero > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  2. ^ (EN) ENGINEERING.com, Be Warned: The CAE World Is About to Shift > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  3. ^ a b (EN) Enhancing Cycling Performance via Simulation, su www.digitaleng.news. URL consultato il 14 aprile 2017.
  4. ^ SimScale | crunchbase, su www.crunchbase.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  5. ^ (EN) ENGINEERING.com, Cloud-Based Simulation > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  6. ^ Author Giovanni ing Ganz, La simulazione cloud-based nella progettazione, su nefelsim, 4 maggio 2016. URL consultato il 14 aprile 2017.
  7. ^ www.duodesign.co.uk, NAFEMS SimScale announces free access to simulation technology as part of its new Community Plan engineering analysis and simulation - FEA, Finite Element Analysis, CFD, Computational Fluid Dynamics, and Simulation, su www.nafems.org. URL consultato il 14 aprile 2017.
  8. ^ SimScale to bring simulation technology to small and medium businesses, su www.manufacturingglobal.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  9. ^ (EN) ENGINEERING.com, Is Cloud-Based Simulation Affordable Enough to Dominate the Start-Up Market? > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  10. ^ SimScale | AutoCAD | Autodesk App Store, su apps.autodesk.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  11. ^ SimScale Academy, su www.simscale-academy.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  12. ^ (EN) La piattaforma CAD di TraceParts ora è integrata nello strumento di simulazione basato sul browser di SimScale - TraceParts Italian Version, in TraceParts Italian Version. URL consultato il 14 aprile 2017.
  13. ^ (EN) SimScale Community Reaches 15000 Public Simulation Projects, in SimScale, 6 giugno 2016. URL consultato il 14 aprile 2017.
  14. ^ (EN) Finite Element Analysis Software (FEA) in the Cloud | SimScale, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  15. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  16. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  17. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  18. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  19. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  20. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  21. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  22. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  23. ^ (EN) Computational Fluid Dynamics Software (CFD) in the Cloud | SimScale, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  24. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  25. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  26. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  27. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  28. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  29. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
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  31. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  32. ^ (EN) Thermal Analysis Software in the Cloud | SimScale, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  33. ^ (EN) ENGINEERING.com, Transient Heating and Thermal Shock Analysis for Free > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  34. ^ a b (EN) ENGINEERING.com, Freemium Simulation Software Now Includes Conjugate Heat Transfer > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  35. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  36. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  37. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
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  39. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  40. ^ (EN) SimScale Integrates with Autodesk Fusion 360 - insideHPC, in insideHPC, 22 agosto 2016. URL consultato il 14 aprile 2017.
  41. ^ (EN) Using Simulation in Product Design: 3 Success SimStories, in SimScale, 31 marzo 2016. URL consultato il 14 aprile 2017.
  42. ^ (EN) Industries - Engineering Simulation with SimScale, in SimScale. URL consultato il 14 aprile 2017.
  43. ^ (EN) ENGINEERING.com, Simulation Experts Save Electronics from Thermal Damage > ENGINEERING.com, su www.engineering.com. URL consultato il 14 aprile 2017.
  44. ^ (EN) Union Square Ventures invests in Munich-based startup Simscale, in Tech.eu. URL consultato il 14 aprile 2017.
  45. ^ (EN) SimScale, su www.usv.com. URL consultato il 19 aprile 2017.
  46. ^ (EN) SimScale, SimScale, su www.simscale.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  47. ^ SimScale CFD Master Class, su www.simscale-academy.com. URL consultato il 20 aprile 2017.
  48. ^ (EN) FEA Master Class - Learn the Fundamentals of Finite Element Analysis, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  49. ^ (EN) Thermal Analysis Online Workshop with SimScale, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  50. ^ (EN) 3D Printer Workshop Series, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  51. ^ (EN) F1 Aerodynamics Workshop Series — SimScale, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  52. ^ a b (EN) Application of CFD in Formula Student and Formula SAE, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  53. ^ (EN) Formula Student Germany: Aerodynamic and CFD Workshop, su www.formulastudent.de. URL consultato il 14 aprile 2017.
  54. ^ Corsi online per progettisti d'ogni livello - Dronitaly, in Dronitaly, 8 ottobre 2015. URL consultato il 14 aprile 2017.
  55. ^ Engineering Simulation with SimScale: Drone Aerodynamics, su Udemy. URL consultato il 14 aprile 2017.
  56. ^ (EN) SimScale Academic Program - CAE software for Students and Educators, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.
  57. ^ (EN) Plans & Pricing - SimScale Simulation Platform, in SimScale. URL consultato il 20 aprile 2017.