Ralph DTE

Bringing art into engineering

Archive for the ‘Engineering sim’ Category

Software interessanti per la simulazione di sistemi fisici e matematici.

eBike Simulator

Posted by Raffaele Berardi on 29 agosto 2011

Sul sito “ebikes.ca” trovate, oltre ad un’ingente quantità di interessanti contenuti tecnici (test, curiosità, suggerimenti, consigli, prodotti) inerenti il mondo delle biciclette elettriche (o eBikes), anche un simulatore decisamente utile e ben studiato: http://www.ebikes.ca/simulator

Si chiama “Hub Motor and eBike Simulator” e permette di testare virtualmente, e valutare, quattro fondamentali parametri relativi alle diverse soluzioni per “elettrizzare” la vostra bicicletta:

  • la coppia svilupata,
  • la potenza erogata,
  • il carico,
  • l’efficienza.

I dati che vengono forniti sono il risultato di decine di test effettuati, da parte degli autori del sito, su molteplici prodotti destinati alle ebike. Tra i principali parametri impostabili troviamo:

  • la scelta del motore elettrico (HUB: il motore elettrico integrato nel mozzo della bicicletta),
  • il tipo di pacco batterie,
  • il controller.

Inoltre è possibile impostare:

  • l’apertura dell’acceleratore (% potenziometro),
  • il diametro delle ruote della bicicletta,
  • il tipo di bicicletta,
  • la massa complessiva (bici + persona a bordo + kit installato),
  • il “grade” (o slope) ovvero la pendenza massima del percorso che prevediamo di affrontare.

Una volta scelti tutti i parametri desiderati sarà sufficiente agire sul tasto “Simulate” e, in un istante, apparirà il grafico che mostrerà le curve di coppia, potenza, carico ed efficienza della soluzione analizzata. Ma non solo! Sarà possibile cliccare sul grafico e selezionare una precisa velocità di crociera. A quest’ultima corrisponderanno specifici dati visualizzati su tre tabelle (posizionate sotto al grafico) che riporteranno importanti dati aggiuntivi, ovvero:

  • dati numerici esatti del grafico (potenza, coppia, carico, efficienza)
  • dati relativi all’impianto elettrico (intensità della corrente, tensione e potenza)
  • deti relativi alla performance ottenibile (accelerazione, consumi, autonomia, eventuali surriscaldamenti)

eBike Simulator impostazione dei parametri

Clicca per ingrandire

Non appena saranno stati valutati i primi parametri immessi, sarà possibile cliccare sulla voce “Open system B” per effettuare una prova comparativa con una soluzione alternativa. Questo permetterà di confrontare la reale utilità di differenti scelte.

Ogni parametro, visualizzato sul grafico, può essere attivato/disattivato tramite apposite spunte (le caselle di spunta sono posizionate sopra il grafico ed indicate da pallini).

eBike Simulator - Confronti

clicca per ingrandire

Hub Motor and eBike Simulator è un’applicazione il cui motore di modellazione, gli algoritmi di simulazione di base ed il testo, sono a cura di Justin Lemire-Elmore. Il lavoro di codifica, per rendere quest’applicazione anche una “app” per il web, è frutto del duro lavoro di Zev Thompson e (più recentemente) anche di Michael Vass.

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Simulare le sospensioni di una mountain bike con fs-kinematics

Posted by Raffaele Berardi on 17 maggio 2011

FS-kinematics è uno strumento interattivo per la simulazione cinematica delle sospensioni di una mountain bike. Ma non solo! Può infatti essere simulata la resa della pedalata con marce diverse e con diverse posizioni del ciclista, possono essere simulati gli effetti della frenata e può essere visualizzato ogni dato del ciclista e della bicicletta nelle più svariate condizioni. L’utilizzo di questo software (a pagamento) è permesso sia online che offline. Il demo è utilizzabile online gratuitamente.

Provare il software direttamente sul sito  fs-kinematics

Per effettuare un interessante “giro di prova” (funzioni di salvataggio ed esportazione non disponibili, forze agenti sul telaio non disponibili) con il software fs-kinematics, direttamente sul sito ufficiale, è sufficiente installare SVG viewer 6.0 di Abobe. Troverete le istruzioni delle operazioni da compiere sul sito http://fs-kinematics.igorion.com Al termine dell’installazione del software Adobe SVG viewer 6.0 ricordate di copiare i file NPSVG6.dll e NPSVG6.zip (che trovate al seguente percorso C:ProgrammiFile comuniAdobeSVG Viewer 6.0Plugins), nella cartella plugin del vostro browser (Mozilla Firefox, Internet Explorer, Safari, Chrome…). Infine riavviate più volte il vostro browser affinché SVG venga riconosciuto. A questo punto, nell’angolo in basso a sinistra della pagina http://fs-kinematics.igorion.com troverete la voce “launch online” al posto della voce che vi suggerisce l’installazione di SVG per beneficiare a pieno delle funzioni del sito.

Funzioni e parametri del software fs-kinematics

Come potrete osservare, una volta installato il plugin che vi permette l’utilizzo di fs-kinematics online, vengono visualizzate 4 tabelle (se estendete la vostra finestra le potete posizionare in modo più confortevole) contenenti diverse schede. Sulla finestra (in alto a sinistra) si può passare dalla modalità “simulate” alla modalità “edit” che permette l’azione sulle schede utili al dimensionamento del corpo del ciclista e della sua bicicletta. Si possono inoltre, cliccando su “explore”, visualizzare le soluzioni realizzate da altri utenti. Sul lato destro della schermata sono presenti i comandi per il posizionamento e lo zoom della bicicletta.

  1. Nella prima troviamo le schede: Travel, Chainstay, Crank, Brake. Si tratta di schede in grado di offrire come output informazioni circa la posizione delle ruote e degli ammortizzatori, nonché le forze in gioco in ogni situazione.
  2. Nella seconda tabella vengono invece visualizzate le schede: Misc, Options, Graphics, Rider. Tali voci contengono intuitivi parametri per i tradizionali settaggi dell’interfaccia.
  3. La terza e la quarta tabella contengono schede i cui valori sono modificabili solo in modalità “Edit”. Nella terza vengono riportati i parametri del ciclista: Body, Legs, Arms, Weight, Fit. Le regolazioni da voi effettuate generano una modifica, al corpo del ciclista, visibile in tempo reale. Potete pertanto variare la sua altezza, la sua massa, le dimensioni delle sue gambe, braccia, la posizione della testa…
  4. Nella quarta ed ultima tabella sono riportati i parametri della bicicletta (anch’essi regolabili solo in modalità “Edit”): Frame, Fork, Damper, Pivots, Parts, Misc. Tali parametri permettono di realizzare un modello cinematico di bicicletta completamente personalizzato in ogni sua misura: dimensionamento del telaio, della forcella, dell’ammortizzatore, dei vincoli, dei rapporti del cambio, corsa della forcella, corsa dell’ammortizzatore…

Buon divertimento!

fs-kinematics simulare le sospensioni di una mountain bike

Nell’immagine un esempio di sistema mountain bike + ciclista completamente animabile e personalizzabile

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Che cos’è un simulatore multibody?

Posted by Raffaele Berardi on 16 maggio 2011

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.

Simulazione multibody - Simulazione sistemi meccanici

Nell’immagine il modello tridimensionale dello schema di sterzo e sospensioni di un prototipo di veicolo. Grazie ai simulatori multibody è possibile compiere un’analisi sia cinematica che dinamica del sistema.

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Rotismi epicicloidali semplici. Come funzionano?

Posted by Raffaele Berardi on 11 aprile 2011

Un treno epicicloidale semplice è un dispositivo che permette di ottenere diversi rapporti di trasmissione a seconda dei componenti che vengono azionati o frenati. Esso è composto da un pignone solare, una corona a dentatura interna, tre satelliti (il loro numero può variare) ed il portasatelliti. Tutti gli ingranaggi sono perennemente in presa tra loro. Per ottenere un differente rapporto di trasmissione si possono bloccare: il pignone solare oppure la corona dentata o ancora il portasatelliti. L’uscita della forza può avvenire tramite la corona dentata o tramite il portasatelliti.

I diversi rapporti vengono ottenuti mediante l’azionamento del pignone solare, della corona dentata oppure del portasatelliti. E’ fondamentale che la parte non azionata venga bloccata. L’uscita della forza avviene tramite la parte che non è stata né azionata, né bloccata. L’azionamento di una parte avviene tramite una frizione a lamelle mentre il bloccaggio avviene tramite un freno a lamelle o un freno a nastro.

Nell’animazione (in basso) che abbiamo realizzato in maniera semplificata è possibile osservare i seguenti casi:

Prima velocità: Il pignone solare dà il moto, la corona dentata è bloccata. I satelliti si muovono sulla dentatura interna della corona. Questa combinazione di azionamento/bloccaggio permette di ottenere un’elevata demoltiplicazione.

Logica cinematica:

  • Il moto entra dal pignone solare
  • La corona dentata è bloccata
  • Il moto esce dal portasatelliti

Seconda velocità: La corona dentata dà il moto, il pignone solare è bloccato. I satelliti ruotano sulla dentatura esterna del pignone solare. Questa combinazione permette di ottenere una demoltiplicazione minore rispetto al caso precedente.

Logica cinematica:

  • Il moto entra dalla corona dentata
  • Il pignone solare è bloccato
  • Il moto esce dal portasatelliti

Terza velocità: Pignone solare e corona dentata vengono azionati insieme. Questo causa il bloccaggio del treno planetario. I satelliti non si muovono più e agiscono come nottolini di trascinamento. La trasmissione agisce come presa diretta (i=1:1).

Logica cinematica:

  • Il moto entra dal pignone solare + corona dentata
  • Non vi sono bloccaggi
  • Il moto esce dal portasatelliti

Retromarcia: Il pignone solare è l’ingranaggio motore ed il portasatelliti è bloccato. I satelliti provocano l’inversione del senso di rotazione della corona dentata. Anche in questo caso si ottiene una grande demoltiplicazione.

Logica cinematica:

  • Il moto entra dal pignone solare
  • Il portasatelliti è bloccato
  • Il moto esce dalla corona dentata

Vedremo nei prossimi articoli interessanti esempi di sistemi meccanici che fanno uso di rotismi epicicloidali. In basso la nostra animazione semplificata di un rotismo epicicloidale.

rotismo_epicicloidale

Clicca sull’immagine per vedere l’animazione

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Simulare la fisica con Algodoo

Posted by Raffaele Berardi on 2 aprile 2011

Se ti affascina simulare tutto ciò che è strettamente legato a leggi fisiche in modo semplice e divertente, non ti resta che visitare il sito Algodoo.com (una volta conosciuto come phunland.com) per scaricare gratis una l’ultima versione valutativa del software di simulazione fisica 2D Algodoo (una volta conosciuto come Phun). In alternativa puoi scaricare le precedenti versioni completamente free.

Con Algodoo puoi simulare di tutto e di più… Per esempio puoi generare un piano (orizzontale o inclinato),  disegnarci sopra un veicolo, aggiungergli le ruote, gli ammortizzatori, un motore (o più di uno) che eroghi una determinata coppia e raggiunga un determinato regime di rotazione, distribuire le masse, scegliere i materiali, la densità e la massa di ogni componente, l’attrito generato tra le parti a contatto, la presenza del vento, la forza di gravità alla quale deve essere sottoposto il sistema, gli oscacoli che incontrerà lungo il percorso il tuo veicolo… Ma non solo! Si possono simulare fenomeni ottici (riflessione, rifrazione, laser, lenti…), meccanismi, ruote dentate, trasmissioni, catene, carrucole,  leve, biellismi, manovellismi, sistemi di sospensioni, liquidi, pompe, corpi galleggianti, urti di vario genere, di tutto. Si possono inoltre ricavare in tempo reale, con una sorta di telemetria (ma sarebbe più corretto dire con un sistema di rilevamento dati), una gran mole di dati su quanto sta accadendo nel vostro sistema fisico simulato.

Ogni versione del software è arricchita con numerosi esempi di sistemi fisici già pronti. In tal modo è possibile comprendere rapidamente le potenzialità del programma. Nel video in basso trovate una rapida guida che vi permette di destreggiare gran parte delle funzioni disponibili in pochi minuti.

Sul sito Algodoo.com trovi tutto ciò che ti occorre

algodoo_tutorial

Clicca sull’immagine per vedere un curioso tutorial…

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Semplici e stuzzicanti simulazioni tecniche e scientifiche su ForgeFX

Posted by Raffaele Berardi on 28 marzo 2011

Imparare giocando… ma non solo.

Vi segnaliamo un sito tanto semplice quanto curioso sul quale è possibile visionare basilari simulazioni di carattere tecnico e scientifico. Vi è una semplice simulazione del ciclo di funzionamento di un motore 4 tempi (visibile qui) nella quale, entro certi limiti, è possibile variare la velocità di rotazione del motore e l’angolo di visuale nello spazio 3d trascinando il puntatore del mouse nonché visionare le singole fasi (aspirazione, compressione, combustione, scarico). Si possono osservare (da più angolazioni) i “meccanismi” delle eclissi e le fasi lunari (visibili qui), ci si può “incastrare” in un semplice progetto di catapulta (visibile qui) per la quale sono previsti 3 diversi tipi di impiego, si può visionare una semplice simulazione del sistema solare con tanto di dati annessi (visibile qui), si può persino interagire con la simulazione degli occhi di una mucca… fare semplici esperimenti di genetica, osservare alcuni aspetti dell’interazione tra il vento e il mare, simulazioni inerenti lo stato di salute degli animali da cortile, ecc.

Sono inoltre disponibili, su commissione, simulatori appositamente studiati da ForgeFx per la formazione del vostro personale su lavori specifici che prevedono l’utilizzo di particolari attrezzature. Quest’ultima categoria di simulatori è appositamente studiata e realizzata allo scopo di ridurre i costi.

forgefx_simulazione_formazione_personale_lavoro.jpg

Visita www.forgefx.com

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