Rubrica: Che cos’è?
Titolo o argomento: Introduzione al concetto di simulatore multibody
Un “simulatore multibody” è un particolare tipo di software largamente utilizzato nell’ingegneria (meccanica, industriale, dell’automazione, aerospaziale, astronautica, dei materiali…). Esso è in grado di simulare sistemi di parti meccaniche rigide, parti meccaniche flessibili, parti meccaniche collegate da giunti rigidi, parti meccaniche collegate da giunti elastici, parti meccaniche soggette a qualsiasi sistema di forze, parti meccaniche che compiono spostamenti (traslazione – rotazione), parti meccaniche integrate a sistemi di controllo.
Con il termine “sistema multibody” si intende un sistema meccanico costituito da un insieme di corpi rigidi collegati tra loro in modo da avere un moto relativo. Gli elementi di un sistema multibody sono collegati tra loro da coppie cinematiche o giunti. Un giunto consente il moto relativo tra due elementi in certe direzioni e lo impedisce in altre. Gli elementi che costituiscono un sistema multibody sono pertanto: corpi (in genere rigidi), vincoli o coppie cinematiche (i vincoli sono dispositivi che limitano il moto relativo tra due o più corpi), forze (esterne).
I simulatori di sistemi multibody sono programmi che eseguono l’analisi del moto di sistemi meccanici. Più precisamente sono in grado di analizzare sia la cinematica che la dinamica del sistema. Questa caratteristica li contraddistingue nettamente dai software di animazione 3D i quali permettono di tener conto solo della cinematica*. Alcuni importanti esempi di simulatori multibody sono rappresentati dai software: Adams, DADS, Visual Nastran.
Esistono simulatori multibody specifici per i sistemi bidimensionali (moto dei sistemi nel piano) e quelli dedicati ai sistemi tridimensionali (moto dei sistemi nello spazio). Le problematiche in entrambi i simulatori sono le medesime; ciò che si complica nel caso tridimensionale è la matematica chiamata in causa la quale risulta decisamente più complessa.
Nei simulatori multibody si analizza generalmente il moto di sistemi composti da corpi rigidi. Qualora la flessibilità dei corpi non possa essere trascurata, è possibile ricondurre i corpi flessibili a sistemi di corpi rigidi uniti da vincoli, elasticità e smorzamenti concentrati. In alternativa è possibile inserire nel modello multibody un modello di corpo flessibile generato tramite una precedente analisi FEM (Finite Element Method). Gli elementi necessari per definire un corpo appartenente ad un sistema multibody sono:
- Un sistema di riferimento ad esso solidale, detto sistema di riferimento locale, con origine nel centro di massa del corpo e assi orientati preferibilmente come gli assi principali d’inerzia del corpo.
- La massa del corpo.
- Il tensore d’inerzia del corpo espresso rispetto al sistema di riferimento locale.
- Eventuali sistemi di riferimento ausiliari, utili per la definizione dei vincoli.
- La definizione della geometria è necessaria nel caso in cui si tenga conto degli eventuali contatti tra i vari corpi.
*I più sofisticati software di animazione 3D attuali permettono di realizzare semplici sistemi dinamici, tuttavia tale caratteristica ha il solo scopo di migliorare il realismo di un’animazione e non di fornire una vera e propria analisi.
