Il metodo degli elementi finiti funziona suddividendo un oggetto reale in un grande numero (da migliaia a centinaia di migliaia) di elementi, ad esempio tetraedri e piccoli cubi, che costituiscono una mesh. Le equazioni matematiche impostate prevedono il funzionamento di ciascun elemento. Il sistema combina tutti i comportamenti individuali degli elementi per prevedere il funzionamento dell'intera parte o assieme.

La qualità di una mesh di superficie e le forme degli elementi solidi influiscono sull'accuratezza dei risultati della simulazione. Inoltre, la densità della mesh (ovvero il numero di elementi per volume unitario) influisce sull'accuratezza dei risultati. Prestare attenzione alla qualità della mesh e all'affinamento della mesh locale per massimizzare la precisione dei risultati attraverso le tecniche di convergenza della mesh.

Autodesk Fusion offre la generazione automatica di mesh, oltre a impostazioni globali e locali per la dimensione della mesh, la qualità della mesh, l'ordine degli elementi e altre opzioni.

• Le impostazioni della mesh si applicano a tutti i componenti.
• I controlli mesh locali sono applicabili alle entità selezionate.
• Ogni studio di simulazione dispone di impostazioni mesh specifiche.

Una buona mesh presenta un buon equilibrio tra precisione e tempo di calcolo. Le mesh di qualità convergono rapidamente, producono risultati precisi e non generano errori. La maggior parte del processo di generazione della mesh consiste nello specificare le impostazioni della mesh appropriate.

Nodi ed elementi

Prima di risolvere un'analisi di Fusion, la geometria viene suddivisa in piccole parti denominate elementi. L'angolo di ogni elemento è un nodo. Il calcolo viene eseguito in corrispondenza dei nodi. Possono inoltre essere inclusi nodi nel punto medio lungo gli spigoli degli elementi. Gli elementi e i nodi costituiscono la mesh.

La precisione della soluzione dipende da una buona mesh. Il processo di creazione delle mesh in Fusion è per lo più automatizzato e consente di creare una mesh ottimale per la simulazione.

Un nodo è la posizione di una coordinata nello spazio in cui vengono definiti i gradi di libertà (GDL). Per le analisi strutturali, i gradi di libertà rappresentano il possibile movimento del punto sotto l'effetto del carico della struttura. La deformazione nel materiale è determinata dal movimento relativo dei nodi, mentre le sollecitazioni sono calcolate in base alle sollecitazioni e alle proprietà del materiale. Per le analisi termiche, l'unico grado di libertà è la temperatura in corrispondenza di ogni nodo. Il flusso termico viene quindi determinato in base alla distribuzione della temperatura e alla conducibilità termica del materiale. I GDL rappresentano anche le forze e i momenti che vengono trasferiti da un elemento all'altro. I risultati di un'analisi ad elementi finiti (deflessioni, sollecitazioni, temperature, tasso di flusso termico) vengono forniti in corrispondenza dei nodi.

Nel mondo reale, un punto si sposta in sei direzioni differenti: traslazione nelle direzioni X, Y e Z e rotazione intorno agli assi X, Y e Z. In FEA, i movimenti di un nodo possono essere limitati a quelli calcolati per diversi motivi. Ad esempio, non è necessario calcolare la traslazione esterna al piano su un elemento 2D. Se i nodi possono spostarsi al di fuori del piano, non si tratta di un elemento 2D. Inoltre, le rotazioni nodali non sono considerate per gli elementi solidi. La deformazione di tutti gli elementi solidi è il risultato solo delle traslazioni nodali. Tuttavia, gli elementi piani e di linea supportano in genere GDL rotazionali.

Nota Gli elementi 2D e i piani (shell) non sono attualmente supportati in Autodesk Fusion. Gli elementi (trave) di linea sono disponibili solo come connettori bullone.

I GDL di un nodo associano i tipi di forze, le limitazioni o i flussi termici trasmessi attraverso il nodo all'elemento. Una forza assiale o di taglio corrisponde ad un GDL di traslazione, in quanto la rigidità dell'elemento determina la distanza di spostamento del nodo soggetto ad un carico specifico. Un momento è equivalente ad un GDL rotazionale. Pertanto, per trasferire un momento intorno ad un determinato asse, il nodo deve avere un GDL rotazionale intorno all'asse. Se un nodo non ha un GDL rotazionale, l'applicazione di un momento al nodo non ha alcun effetto sull'analisi. Analogamente, una limitazione del nodo con una condizione alla boundary rotazionale non ha alcun effetto se il nodo non ha la capacità di trasmettere il momento.

Un elemento è il blocco di costruzione di base dell'analisi degli elementi finiti. Esistono diversi tipi di elementi e il relativo utilizzo dipende dal modello e dal tipo di analisi. Attualmente, tutti gli elementi solidi in Fusion sono tetraedrici (costituiti da quattro facce triangolari e sei spigoli ciascuno). Gli elementi tetraedrici lineari hanno quattro nodi. L'elemento tetraedrico parabolico aggiunge un nodo mediano lungo ogni spigolo, risultando in un totale di dieci nodi per elemento. Sono disponibili due variazioni di elementi tetraedrici parabolici, con e senza spigoli curvi.

Tabella 1: variazioni dell'elemento tetraedrico.

Un elemento è una relazione matematica che definisce il modo in cui i gradi di libertà di un nodo si collegano a quello successivo. Questa relazione matematica definisce anche come le deflessioni creano sollecitazioni.