newsletter enginsoft anno 5 n°2 · del comportamento dei materiali ab-braccia tutte le scienze...

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2 - 3

Sommario - Contents

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16m

od

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TIE

R C

om

mu

nit

y

6 A Venezia, in ottobre, due eventi gemelli per fare il

punto sul CAE e sulla Prototipazione Virtuale

9 Innovative PERM injection system design within the

NEWAC EC Project

15 Flowmaster V7 Gas Turbine

18 Analisi tensionali di un supporto di un generatore

da neve TechnoAlpin

20 ESAComp 4.0 now available!

21 WHY DO Probabilistic Finite Element Analysis

21 A Designer’s Guide to Simulation with Finite Element

Analysis

22 FRAMMENTI DI FEM: Stato di Tensione di una Trave

a Sezione Aperta soggetta a Torsione

27 Intervista all’Ing. Vittorio Falcucci di WASS

30 Scambio Scuola-Lavoro

31 NADIA 2nd General Assembly Meeting

32 AUTOSIM: Preziose indicazioni al termine del

progetto

33 La filiale francese di EnginSoft si associa a Ter@tec

34 Intervista all’Ing. Rebora di Ansaldo Energia

36 Events: modeFRONTIER® Superstar in Los Angeles,

CA-USA

37 Olimpiadi di Matematica 2008

38 Data analysis in a Six Sigma context with

modeFRONTIER®

41 Multi-objective optimization for antenna design

43 modeFRONTIER® Event Calendar

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Stefano Odorizzi - [email protected]

NEWSLETTER EnginSoft è un periodico trimestrale edito da EnginSoft SpAThe EnginSoft NEWSLETTER is a quarterly magazine published by EnginSoft SpA Au

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2008


In the beginning, the EnginSoft Newsletter was geared primarilytowards our “classical CAE community”. However, in recent years,the Magazine has evolved, in line with the company and itsgrowing Network. Today, the Newsletter indeed has a moreprogressive and general role in promoting initiatives thataddress both, the CAE and Virtual Prototyping communities.

In this issue, we would like to emphasize the importance of the‘twin’ conferences that TCN and EnginSoft are hosting in Veniceon 16th & 17th October: the TCN-CAE 2008 InternationalConference on Simulation Based Engineering and Science, andthe annual EnginSoft Conference presenting “CAE Technologiesfor Industry”. The fusion of the conferences will bring togetherthe industrial, scientific and educational worlds of simulationand thus create an exceptional occasion for the CAE community.Through just one conference pass, participants will have accessto all sessions of the different events and to the accompanyingexhibition featuring software and hardware vendors from aroundthe world. TCN CAE 2008 is being held under the patronage ofUniversita’ del Salento, ATA, MOX, NAFEMS, TechNet Alliance,and the European Society of Biomechanics whoserepresentatives will be on-site. EnginSoft and TCN will provide aunique forum to representatives from industry, research andacademia to meet and interact in a true multi-disciplinary andglobal context !

In a broader sense, the occasion will inspire decision makers tobuild on our Keynotes’ approaches, to benefit from discussionswith other executives and expert technologists and to realizethe impact of CAE and VP on their productive processes.Engineers, designers and analysts will learn about leading-edgedevelopments including mechanics, CFD, fast dynamics andcrash, durability and fatigue, acoustics, process simulation,control systems and more. Manufacturers may attend sessions that outline the policies andprograms related to CAE, computational technologies, IT and VP,which will affect the industrial design and production processesover the next decade. Technology providers will showcase new solutions, latestadvancements and share their visions with end users, and meetpotential technology partners to face integration issues whichare essential for short and long term developments. Researchers will join world-class scientists in computationaldisciplines and mathematics and share experiences. Theacademia may encourage discussions about its role in thecommunity and how it can stimulate technological andindustrial developments. Software users will have the opportunity to personally meet

vendor representatives,and to participate intheir users’ meetings.Eventually, serviceproviders will includeessential competencesrequired to satisfyindustrial needs andlearn how others co-operate to guarantee acomplete CAE offer.

Within the frameworkof the conference, weinterviewed twoindustry managers:Vittorio Falcucci, from WAAS, Whitehead Alenia SistemiSubacquei, a world leader in underwater systems, and Ing.Rebora of Ansaldo Energia, a global player providing reliable andefficient solutions for power generation. Our readers will findboth interviews on the following pages.

EnginSoft encourages innovation by supporting education andresearch beginning with the youngest students. We are proud toextend our congratulations to the Liceo Marconi Team and itscoach, Dott. Pezzica of EnginSoft, who very recently won theprestigious Italian Maths Olympic Games 2008. The Team whichhas been sponsored by EnginSoft, brought back home thehighest “trophy” for mathematics, surpassing even the famousFazekas High School of Budapest, Hungary.

This Newsletter edition also brings to our readers its classicalcolumns including software news, application examples, atutorial, updates on some of the EU Projects EnginSoft isinvolved in, as well as the modeFRONTIER Event Calendar andrelated success stories underlining the diversity ofmodeFRONTIER.

The editorial team, EnginSoft and TCN look forward towelcoming our readers to the NH Laguna Palace Hotel in Veniceon 16th and 17th October 2008. Please plan your attendancewell in time, and let us know any comments or suggestions youmay have on the events, our initiatives or the Newsletter – Wealways appreciate feedback from our readers.

Stefano OdorizziEditor in chief

Ing. Stefano OdorizziGeneral Manager EnginSoft

EnginSoft Flash

The main Italian event about virtualprototyping will combine in the samelocation on the same dates theEnginSoft Conference 2008 “CAETechnologies for Industry” and the TCNCAE International Conference on“Simulation Based Engineering andSciences”.This unique occasion will allow allparticipants to attend both eventssessions and to create a personal“route” through the several

contributions and presentationsorganized according to transversaltopics (materials, medical applications,optimization) and specific industrialsectors (automotive, aerospace, energypower, process & manufacturing). At thesame time it will be possible to take partin the debate on software technologiesdevelopment and on the design processinnovation, taking advantage of users’experiences and success stories and withthe support of EnginSoft expertcontributions. A rich exhibition area anda large poster session will complete thisoutstanding event that cannot bemissed. It’s time to register!

Le conferenze internazionali organiz-zate dal consorzio TCN possono con-siderarsi, ormai, un riferimento stabi-le ed importante per chi si occupa diCAE o, in senso lato, di prototipazio-ne virtuale. Sono anzi, e per certi ver-si, un riferimento unico per la pro-spettiva che propongono: privilegiareil punto di vista delle applicazioni in-dustriali, del trasferimento di tecno-logia e dei processi di crescita dellecompetenze.

I convegni di EnginSoft possono con-siderarsi, dal canto loro, l’appunta-mento annuale che, sin dal 1994, of-fre ai partecipanti, unico in Italia,l’opportunità di discutere di unagrande varietà di tecnologie softwa-re, dando voce all’esperienza degliutilizzatori, avvalendosi della compe-tenza degli specialisti, ragionandosull’innovazione dei processi proget-tuali che può conseguire, nei diversicontesti industriali, agli sviluppi del-le tecnologie software in dipendenzasia dell’evoluzione di conoscenze emetodi sul piano scientifico che delledinamiche che caratterizzano il mon-do dei produttori di tecnologie ‘com-merciali’. Il convegno di quest’annosu “Le tecnologie CAE nell’industria”trasmette, nel titolo, l’obiettivo pri-mo dell’operare di EnginSoft.

Quest’anno i due convegni sono svol-ti in parallelo e nella stessa sede.Inoltre, per accordi tra le due orga-nizzazioni, è dato modo ai parteci-panti dell’uno di assistere a sessionidell’altro e viceversa. Quel che ne de-riva è, per il partecipante, un’oppor-tunità notevolissima ed unica nel suogenere: quella di scegliere il percorsoinformativo-conoscitivo ideale, av-vantaggiandosi di un’economia spa-zio-temporale pensata e progettataper questa finalità. Collegano, infine, le aree congressua-li una zona espositiva – animata siada produttori di tecnologie software,che da case hardware, associazioni edorganizzazioni che promuovono leconoscenze relative al settore – eduna ricca sessione dedicata a “po-ster” che illustrino sia applicazioniindustriali che iniziative connesse al-la ricerca.

Ragionando, in senso allargato, apartire dal CAE e dalla sperimentazio-ne virtuale, si parlerà di ruoli, stru-menti e luoghi per l’innovazione, ap-portando un contributo programmati-co al dibattito in corso sugli scenari,presenti e futuri, dell’innovazione,con particolare riguardo all’innova-zione del processo progettuale. Verràdelineato lo stato dell’arte, nei diver-si settori industriali, con attenzionespecifica alla collocazione delle nuo-ve tecnologie nei processi di svilup-po, riferendo sia di “storie di succes-so” particolarmente emblematiche,che del valore “fattore umano”: ap-plicabilità ed efficacia delle tecnolo-gie, quindi, da un lato, e, dall’altro,sfide organizzative, connesse al pro-blema della loro integrazione nel pro-cesso progettuale, agli approcci adat-ti al trasferimento tecnologico nellediverse realtà produttive, alle infra-

strutture di supporto, ai nuovi ruo-li professionali necessari.

A Venezia, in ottobre, due eventi gemelliper fare il punto sul CAE e sullaProtipazione Virtuale

6 - Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2

“Simulation Based Engineering and Sciences” e “Letecnologie CAE nell’industria”: nella stessa sede, gli stessigiorni, due convegni per consentire un percorso diaggiornamento su tecnologie ed applicazioni che possasoddisfare le esigenze di tutti gli operatori del settore. È tempo di iscriversi!

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2 - 7Le relazioni sono organizzate sia pertematiche ‘trasversali’, che per appli-cazioni a settori industriali specifici.Quanto alle tematiche trasversali, visono gruppi di relazioni relative aimateriali, alle applicazioni in medici-na, ed all’ottimizzazione.

Per dare qualche dettaglio, relativa-mente ai “materiali”, l’impatto dellasimulazione nell’innovazione quantoall’identificazione ed all’impiego dinuovi materiali è rilevantissimo: l’im-piego di modelli multiscala sta tra-sformando la scienza e la tecnologiastesse di sviluppo.

La base concettuale della simulazionedel comportamento dei materiali ab-braccia tutte le scienze fisiche; i mo-delli multiscala sono quantificabili, e,quindi, le assunzioni empiriche pos-sono essere sostituite da descrizionibasate sulla fisica; i fenomeni posso-no essere visualizzati evidenziandoaspetti che non potrebbero essereevidenziati da nessun altro sistema diosservazione sperimentale.

In tema di “medicina”, la simulazio-ne può aumentare radicalmente lacomprensione della maggior partedelle malattie (cardiache, respirato-rie, neoplastiche, …) e delle relativecure (sia chirurgiche, che mediantecateteri, che farmacologiche), perchéesse comportano reazioni fisichecomplesse ed interazioni tra sistemibiologici dal livello molecolare alla

scala dell’organismo. Passi importan-ti sono già stati fatti in alcuni ambi-ti, quali la genomica e la proteomica.La sfida d’oggi è l’applicazione allamedicina clinica ed allo studio dei si-stemi biologici, a varia scala: cellula-re, dei tessuti ed dell’organismo.

Di “ottimizzazione” si parla, oggi, atutti i livelli. Il convegno si proponedi fare il punto sulla situazione at-tuale e sull’evoluzione in corso: esi-stono oggi – e con che limiti e pro-spettive – tecnologie software capacidi trattare effettivamente l’integra-zione di sistemi complessi in otticadi ottimizzazione multi-obiettivo, edi progettazione robusta?

Quanto alle applicazioni industriali,esse sono organizzate in sessioni di-stinte per i settori automobilistico,aerospaziale, dell’energia e dei benidi consumo. Ciascuno di questi setto-ri presenta problemi specifici, relati-vamente ai quali possono essere, pe-rò, considerati approcci molto similisia sotto l’aspetto concettuale chemetodologico.

Comune a tutti i settori è, per esem-pio, l’aspetto della della verifica, del-la validazione, e della quantificazionedelle incertezze. Come si possono as-sumere decisioni, se manca la confi-denza nella validità di quanto offertodalla simulazione? Sono stati fattigrandi passi avanti in questo settore,che, pure, tutt’oggi, è ancora una zo-

na grigia e poco definita o, meglio,poco definibile. Interessante è capirequali siano i criteri e le metriche perla validazione, e come possa essereconfinato l’impatto dell’incertezza,sia oggettiva che soggettiva.

Altro aspetto comune a tutti i setto-ri, e, se si vuole, altro nuovo paradig-ma nella simulazione al computer ècostituito dai cosiddetti “dynamicdata-driven application systems”, si-stemi capaci, cioè, di includere formedi controllo con feedback simbiotico,in tempo reale, tra la sperimentazio-ne virtuale e i dati acquisiti diretta-mente sul campo. Lo sviluppo di que-sta disciplina, rivoluzionaria per ilsettore, è appena agli inizi, ma è fa-cile intravederne le ricadute impor-tanti (ed imprescindibili) rispetto al-l’affidabilità, in senso lato, della spe-rimentazione virtuale nei processiprogettuali e produttivi, ed all’effi-cienza del sistema complessivo.

Anche la gestione dei dati, e la lorovisualizzazione è argomento che im-patta in tutti i settori industriali. Sipensi non già alla crescita delle di-mensioni dei problemi, ma ad approc-ci di tipo probabilistico: la quantitàdi dati prodotti è di svariati ordini digrandezza superiore a quella tipicadegli approcci deterministici. Lostesso dicasi per l’interazione in tem-po reale con banche dati o sistemi diacquisizione dati.

La visualizzazione è, sempre più, lasola chiave verso la lettura ed inter-pretazione dei risultati. Anche per es-sa non basta risolvere il problemadella gestione grafica di modelli didimensioni enormi: occorre trovaresistemi di visualizzazione adatti arappresentare l’incertezza e l’errore; ecapaci di gestire dinamicamente l’in-formazione.

Non si dimentichi, infine, la necessi-tà di nuovi algoritmi, delle “ricette”,cioè, per trasporre efficientementeprocessi matematici in processi nu-merici. Questo aspetto va di pari pas-so con la crescita della velocità dielaborazione dell’hardware. Ed è im-


portante capire quanto effettivamen-te le case che producono tecnologiesoftware siano attente a questo pro-blema e sappiano fornire soluzioninon troppo lontane dalle promesse.

Da ultimo – ma è forse l’aspetto piùcritico di tutta la struttura necessariaper l’implementazione dell’approccioalla progettazione centrato sul CAE,approccio, peraltro, oggi indispensa-bile – non si può non porre al centrodel convegno la discussione sul ruolodelle conoscenze. Non si può non se-gnalare di quanto cresca e si estendaenormemente la base delle conoscen-ze necessaria a progredire, oggi, nel-l’impiego della simulazione al compu-ter. È un’espansione che ignora i con-fini che separano le diverse discipli-ne scientifiche, rigidamente compar-timentale – con poche eccezioni -nell’organizzazione attuale dell’uni-versità. Ovviamente modificare lastruttura del sistema formativo uni-versitario è impresa ardua: di qui, lagrande importanza di organizzazioniche – come sommessamente e mode-stamente operano TCN e la stessaEnginSoft – contribuiscono alla for-mazione permanente ed al trasferi-mento di tecnologie.

Nell’insieme, ed in conclusione, i dueconvegni paralleli sono da non perde-re. Nelle oltre 200 relazioni proposteda eminenti rappresentanti dell’indu-stria, del mondo dell’università e del-la ricerca, e nelle comunicazioni deiproduttori delle tecnologie softwarechi partecipa troverà, forse, rispostea quesiti rilevanti per il proprio ruoloin azienda, e per il proprio lavoro;troverà senz’altro stimoli e spunti diriflessione per orientare la propria at-tività e le proprie scelte in ottica diinnovazione, senza perdere di vista laconcretezza e la praticabilità, dalbreve al lungo periodo, e rispetto alcontesto industriale specifico, di per-corsi che si basino su quanto può of-frire, in questo settore, il nuovo cheemerge prepotentemente.

Per saperne di più, e per iscriversi:http://meeting2008.enginsoft.ithttp://tcncae08.consorziotcn.it Le immagini si riferiscono all’edizione 2007 della Conferenza EnginSoft


AbbreviationsACARE: Advisory Council forAeronautical Research in EuropeANTLE: Affordable Near-Term LowEmissionsCAEP: Committee for AviationEnvironment ProtectionCAE: Computer-Aided Engineering

CFD: Computational Fluid-DynamicsCLEAN: Component vaLidator forENvironmentally-friendly Aero-EngineEEFAE: Efficient, EnvironmentallyFriendly Aero-EngineESTECO: EnginSoft TECnologie perl’OttimizzazioneMOGA: Multi Objective GeneticAlgorithmNEWAC: NEW Aero Engine Core conceptOPR: Overall Pressure RatioPERM: Partially Evaporating RapidMixingSRA: Strategic Research AgendaVITAL: enVIronmenTALly Friendly AeroEngine)

IntroductionNEWAC is an initiative from the EngineIndustry Management Group thatintegrates European aero enginemanufacturers, the main Europeanaircraft manufacturer (Airbus), smalland medium enterprises and industriesproviding innovative technologies, aswell as leading research institutions inthe field of aeronautics to provide astep change for low emission enginesby introducing new innovative coreconfigurations to strongly reduce CO2

and NOX emissions.

State of the art of Aero EnginesGlobal air traffic is estimate to grow atan average annual rate of about 5% inthe next 20 years. This scenariourgently requires to addressenvironmental penalties: the gasesand particles emitted by enginescontribute to local air qualitydegradation in airport vicinities andalter the concentration of greenhousegases on a global level, leading toclimate change. Thus, Europe'saviation industry faces a considerablechallenge to satisfy the demand whilst

ensuring economic, safe andenvironmentally friendly air travel.Large investments have already beenmade in Europe and the US throughR&D programmes and collaborations toreduce the negative environmentaleffects of aircraft use. In fact,research provides the technologies toimprove the performance of existingengine components.

However, even if these technologiespermit improvements in emissions,their existing limitations will notallow the industry to reach the goalsset in ACARE: to reduce NOX and CO2

emissions and to achieve the ACARE

Innovative PERM injection systemdesign within the NEWAC EC Project

Figure 1: Fuel consumption / CO2 reduction for different core concepts: Newac vs. state of the art

Figure 2: NOX reduction for different core concepts: NEWAC vs. state of the art

CFD aerodynamic study and MOGA optimization of the airdistribution layout for a medium pressure Combustor


objectives, it is now mandatory todevelop new engine configurationsand to perform complementaryresearch and development of coreengine technologies (high pressuresystem).

ObjectivesACARE identified the research needsfor the aeronautics industry for 2020,as described in the ACARE SRA.Amongst others, the following targetsregarding the engine are set, whichwill be looked for by NEWAC:• 20% reduction in CO2 emissions per

passenger-kilometre whilst keepingspecific weight of the engineconstant (see Figure 1);

• significant reduction of NOX

emissions during the landing andtake-off cycle (-80%) and in cruise(-60%) respect to CAEP/2 limit(see Figure 2).

The main result of NEWAC will be fullyvalidated, novel technologies enablinga 6% reduction in CO2 emission and a16% reduction in NOX according tolanding and take-off cycle versus theCAEP/2 limit. These results will beintegrated with past and existing ECProjects in the field, notably EEFAE (-11% CO2, -60% NOX), VITAL (-7% CO2)and national programmes, thus CO2

can be reduced up to 20% and NOX

close to 80%, hence enablingEuropean manufacturers to attain theACARE 2020 global targets.

The project will address the particularchallenge in delivering these benefitssimultaneously: many technologicaldevelopments based on conventionalthermodynamic cycles are driven tohigh temperature and pressure levelsto reduce CO2 whilst compromisingNOX emissions.

To avoid this conflict a number ofinnovative core engine concepts willbe investigated and key componentswill be tested and evaluated. Allconcepts will be based on singleannular combustor architecture thatoffers the highest potential to keeppenalties on weight and associatedcost with the introduction of lean low

emission combustion technology atacceptable levels. On the other hand,the different operating conditions ofthe various engine sizes will requirethe improvement of individual leanburn fuel injection concepts. Startingfrom these models, each partner workson the definition of a new operatingconfiguration.

In addition to technical objectives,NEWAC will lead to the deployment ofthe technology by preparing theEuropean engine supply chain,including internal productiondepartments of the NEWACcontractors, through disseminationand training actions. NEWAC will alsoprovide a basis for information to beused for the establishment of futurelegislation aiming at increasingstringency in NOX and CO2 regulationsin the aerospace sector.

Added value of an integrated projectNEWAC conforms to the prioritiesdefined for an integrated projectframework by conducting multi-disciplinary research on compressors,combustors, core engines,intercoolers, recuperators, ducting,materials and more generally enginedesign.

The key benefit of integrating thesetechnologies into one project is that,were these technologies to bedeveloped individually or in separatesmaller projects, they would have avery limited benefit at engine level;however, when focused and combinedas in the NEWAC integrated project,together they enable new designs ofcore engines that will providesignificant benefits.

EnginSoft’s first year task within NEWACFor a decade and through its CFDteam, EnginSoft is strongly involved incombustion activities. The team isparticularly active in research projectsfunded by the EC which have a focuson low emissions, and thus addressthe environmental impact due to airtraffic, which accounts for 2% of thetotal global emissions.

In the past, EnginSoft has beeninvolved in activities within theANTLE, TATEF and CLEAN programmefor heat transfer and combustionoptimization applications. Suchactivities were also among the first toemploy the novel developedoptimization platformmodeFRONTIER® for industrialapplications.

Thanks to its broad expertise in CAE(process simulation, CFD, optimizationof design), EnginSoft is one of the 40partners of NEWAC. The main role ofEnginSoft in NEWAC, as a subtask ofthe Project, is to bring a contributionto the design of the Ultra Low NOX

AVIO Single Annular Combustor, bymeans of:• the optimization of an innovative

injection system technology calledPERM (Partially Evaporating RapidMixing), applied to medium overallpressure ratios (20 < OPR < 35):the concept is based on swirlertechnology development and isaddressed to achieve partialevaporation and rapid mixingwithin the combustor, optimizingthe location of the flame and thestability of the lean system;

• the design of a Ultra Low NOX

combustor chamber, focusing onthe optimization of thearchitecture;

• the improvement of other criticallean combustion technologies,such as advanced cooling systems,fuel control systems and fuelstaging concepts.

Innovative CombustorThe combustion system is the onlycontributor to NOX emissions. Leancombustion technology operates withan excess of air to significantly lowerflame temperatures and consequentlysignificantly reduce NOX formation. Upto 70% of the total combustor air flowhas to be premixed with the fuelbefore entering the reaction zonewithin the combustor module.Therefore, cooling flow has to bereduced accordingly to providesufficient air for mixing. Leancombustion comprises the lean direct


injection of fuel, premixing with airand at least a partial pre-vaporisationof the fuel before initiating thecombustion process. The optimization of homogeneousfuel-air mixtures is the key to achievelower flame temperatures and hencelower thermal NOX formation.

However, this homogenization has astrongly adverse effect on combustionlean stability, drastically narrowing

the operating and stability range.To overcome these stabilitydrawbacks while maintaining goodNOX performance, fuel staging isrequired: this can be performed byinternally staged injectors in asingle annular combustorarchitecture creating a pilot and amain combustion zonedownstream of a common fuelinjector.

Injection systemThe first NEWAC activity carriedout by EnginSoft is theinvestigation of the aerodynamicbehavior of the PERM injectionsystem developed by AVIO andtested by University of Karlsruhe.

The device consists of a co-rotating double swirler centripetalinjector. The injection system isillustrated in Figure 3. The mixer iscomposed by 2 swirlers (primaryand secondary) with 16 radialchannels each. The purpose of the CFD analysisand experimental tests oninjection system is to individuatethe swirler working flow function,hence the mass flow required inorder to reduce emissions underthe available pressurization(depending on engine layout).Moreover, the numerical analysisverifies that the injection systemprovides good mixing andrecirculation for future flamestability.

In particular, the aim ofthis activity is to pointout any meaningfuldifference on the

injection systemperformance, depending on:• Plenums sensitivity:

injection systemperformance has beencompared between alarge plenum simulatingexperimental test rigproposed by AVIO (Figure4) and a small plenumwith annular blockage onthe outlet simulating

engine rig condition proposed byUniversity of Karlsruhe (Figure 5).

• Transient vs. steady state flowfield: velocity and pressure fieldsgenerated from an aeronauticalengine swirled injection systemhave a typical non stationarybehavior, as many articles andpublications demonstrate; hencetransient studies on these modelsare useful to evaluate theapproximation when the adoptedsimulation type is steady-stateonly.

Furthermore, turbulence modelsensitivity was addressed comparingstandard K-espilon with PrandtlNumber modifications with SSTformulations in both RANS and URANSmode.

The sensitivity analyses on thepressure plenums showed thatgeometrical downstream chambershape strongly affect air distribution(see Figures 6-7): the flow field in theUniversity of Karlsruhe model isstrongly canalised (downstreamchamber diameter is only two timeslarger than the injection systemdiameter), while in the Avio test rigmodel, the flow develops freely in aconstant pressure much wider plenum.

The recirculation areas/volumes forflame stabilization are completelydifferent, being more open in theKarlsruhe test rig and much narrower,with a stronger axial flow, in the Aviotest rig. Moreover, the large plenum

Figure 3: Injection system

Figure 4: Avio test rig

Figure 5: University of Karlsruhe test rig

Figure 6: Axial velocity – Avio test rig


(Avio) yields a mass flow ratiobetween the primary and secondaryswirler channels of 1.12, whereas thesmall one (Karlsruhe) with identicalboundary conditions yields nearly aninverted ratio of 0.82. Hence themixing performance is very sensitiveto the pressure plenum geometry andBCS.Results of steady state analyses areclose to time averaged results ofunsteady state ones. Although asteady state simulation does not giveany frequency information, it can beadopted as good approximation as itallows significant CPU time savingsand supplies useful data to evaluatethe performance of the injectionsystem.

CowlIn a typical aeronautical engine, theair coming from the compressor isdischarged into a pre-diffuser that

converts a portion of dynamicpressure to static pressure. Then adiffuser receives the air at the pre-diffuser exit and supplies it to andaround an aerodynamically shapedcowl, placed ahead of theinjection system.This cowl usually splits the air intothree parts: one is the cowlpassage to supply air to theinjection system and for domecooling; the others are feeding theouter and inner annulus passages,where air is introduced in thecombustor chamber to cool the

walls through liners, break the swirland constrain the combustion areathrough the dilution holes while therest exits through the bleed holes.

Different cowl geometryconfigurations have been evaluated tofind the best shape in terms ofobtaining good pressurization levelsfor the injection system and alonginner and outer annulus. The velocityfield is also of interest as a bad profilecan raise separation and recirculation,resulting in a counterproductivepressure drop.To simplify this work phase, apreliminary 2D study has beenperformed to provide a generalsuggestion of the behavior of the fluidupstream the combustor chamber. For

this purpose, it is useful to apply themulti-objective optimizationtechnology modeFRONTIER® byESTECO.This tool allows to automaticallymanage a series of processes acting oninput parameters in order to achievethe optimal solution according toimposed constraints and objectives. Inthis case:• input geometric parameters

(curvature, length, position)define the cowl model to beevaluated;

• parametric meshing, CFDsimulations and an automatic post-processing procedure are theprocesses involved;

• the target pressurization level andair splits on the annulus are thesystem’s constraints andobjectives.

Figure 7: Axial velocity – University of Karlsruhe test rig

Figure 8: Combustor chamber sketch

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2 - 13The optimization algorithm is MOGA-II. It is an efficient multi-objectivegenetic algorithm (MOGA) that uses asmart multi-search elitism. Thiselitism operator is able to preservesome excellent solutions withoutbringing premature convergence tolocal optimal fronts. MOGA-II requiresonly very few user-providedparameters (such as a number ofgenerations, probability of cross-over,selection and mutation), while severalother parameters are internally settledin order to provide robustness andefficiency to the optimizer.

In Figure 9 the PIDO (ProcessIntegration Design Optimization)Logic flow which integrates theparametric ICEM scripting and CFXanalysis into a modeFRONTIER®workflow, is shown.

modeFRONTIER® supplies several goodcandidates, such as those in Figure 10.The last configuration represents thebest candidate, since there are noevident separation problems relevantto the cowl edges or injection system(Figure 11).

The results derived from the 2D studyhave been applied in a 3Dinvestigation on a simplified periodicsector of the actual annular combustor(the simplification consists ofconsidering no flame tube, no linersand simplified bleed holes at theannulus end).

Several configurations have beentaken into account in order to find thebest pressurization level feeding theinjection system and the air splitthrough inner/outer annulus.

Since 3D effects become fundamental,the attention has been focused oncowl shape refinement. Moreover, apreliminary fuel tube has beenintroduced into the model. Thisobstruction deeply affects the velocityfield generating a wake in the outerannulus.

From all the analysed configurations,only the best one in terms of optimal

Figure 10: Cowl 2D study – Model evolution supplied bymodeFRONTIER®

Figure 11: Cowl 2D study – Velocity field


pressure and velocity fields has beenapplied to complete combustoranalyses (Figure 12).

Complete combustorThe final stage of the aerodynamicstudy deals with a periodic sector ofthe complete combustor: flame tube,liners and bleed holes (withdownstream plenums) are nowconsidered (Figure 13).

Compared to conventionalcombustors, with chambers now inproduction the main difference is thatup to 70% of the total air flow passesthrough the injection system, leavingonly 30% for the inner/outer annulsand successively the liners, dilutionand bleed holes. Hence as the coolingand dilution air strongly diminished,the dilution rows are reduced to justone with no differentiation betweenprimary and secondary dilution holes.

The objective in this stage is to reachthe best layout for dilution holes inorder to optimize the combustionprocess. Acting on holes’ diametersand positions, it is possible to changeair distribution and dilution flowdiffusion: these aspects contribute tocreate a recirculating region thatguarantees flame stability for cooling.modeFRONTIER® will be useful infuture activities within this task toevaluate several diffusion holes’arrangements to optimize the air flowsplit and, consequently, thecombustion process.

Hence this future activity will have toconsider reacting flows thus increasingthe complexity of the model, andintroducing performance targets, suchas NOX, OTDF and RTDF profileconstraints.

ConclusionsThe NEWAC program has been animportant opportunity to develop aninnovative methodology based on

modeFRONTIER® for application in theaerospace field. With this technique, alarge number of virtual prototypesmight be evaluated and a selection ofthe best designs may be made directlywithin the modeFRONTIER®environment, avoiding a large numberof prototype constructions and thusallowing a significant reduction ofcosts and time.Future activities to be addressed for

the continuation of the project are:injection system evaluation procedure,air flow split balancing optimization,reacting flow combustion performancefor some points of the flight envelope.

All the aerodynamic and reacting flowresults derived from this work will beuseful for future NEWAC activitiesconcerning the development of theinnovative Injection System based onthe PERM concept and the finaloptimization of the AVIO Combustorconfiguration in order to meet theperformance targets for pollutantemissions.For further information about theNEWAC Project, please visit:www.newac.eu

For any questions on this article,please email the authors:

Ing. Lorenzo Bucchieri EnginSoft CFD [email protected]

Ing. Alessandro MariniEnginSoft CFD Project [email protected]

Ing. Fabio TurriniAvioGroup Combustion [email protected]

Ing. Antonio PeschiulliAvioGroup Combustion [email protected]

Figure 12: Cowl 3D study

Figure 13: Complete combustor study


Flowmaster V7 Gas Turbine is the firstcommercial product to address theneeds of Secondary Air and FluidMixing applications for CFD systemsimulation. Built upon the existingpower of the Flowmaster V7 platform,Flowmaster V7 Gas Turbine isdeveloped by a dedicated teamworking closely with leading GasTurbine organisations to fullyunderstand the fluid simulation needsof the industry and continuallyenhance the product to meet thosegoals.

Flowmaster, software leader nellasimulazione fluidodinamica mono-dimensionale, è utilizzato in diversisettori industriali quali: Aerospace,Automotive, Defense, Oil&Gas, PowerGeneration. Con la nuova Release7.5.1, oltre al pacchetto GeneralSystems, e alle verticalizzazioni per ilmercato Automotive e Aerospace, èdisponibile la nuova verticalizzazioneGas Turbine che risponde alleesigenze di chi progetta e lavora conturbine a gas per generazione dienergia e motori aeronautici.Flowmaster V7 Gas Turbine è basatosul core di Flowmaster V7 ed è

sviluppato da un team dedicato chelavora in stretta collaborazione con lemaggiori organizzazioni che sioccupano di turbine a gas al fine diindividuare le esigenze industriali eproporre soluzioni adeguate edinnovative.

I più importanti costruttori di turbi-ne a gas utilizzano Flowmaster pereffettuare simulazioni durante la faseprogettuale al fine si ridurre i costidei prototipi, migliorare la qualità delprodotto ed accelerare lo sviluppo delprodotto. Tra gli utilizzatori diFlowmaster V7 Gas Turbine sono pre-

senti Kawasaki Heavy Industries, GE,Siemens, Mitsubishi HeavyIndustries, Hitachi, Alstom.Con Flowmaster V7 Gas Turbine è pos-sibile studiare i flussi secondari, il

raffreddamento delle pale, lo spilla-mento d’aria, i sistemi di lubrificazio-ne e di iniezione, i flussi all’internodella camera di combustione, il mi-scelamento di diversi gas, i trafila-menti d’aria.

Oltre alla vaste libreria di componen-ti presente nel core di Flowmaster, ilmodulo Gas Turbine contiene compo-nenti specifici creati appositamenteper modellare le turbine a gas. Traquesti elementi sono presenti:• Sorgenti di pressione e di flusso

con swirl;• Diverse tipologie di ugelli e orifi-

zi stazionari e rotanti;• Perdite di carico concentrate

disposte in serie;• Passaggi rotanti;• Diverse tipologie di labirinti;• Cavità rotanti.

Oltre alla libreria di materiali presen-te in Flowmaster, il modulo GasTurbine contiene combustibili e fluiditipicamente utilizzati nel mondo del-le turbine a gas. Ciascun materiale eciascun componente è personalizza-bile al fine di venire incontro alle esi-genze specifiche di ciascun costrut-tore e di poter integrare facilmente idati aziendali.

Flowmaster V7 Gas Turbine utilizza unsistema di coordinate tridimensionaliper la simulazione degli effetti di si-stemi rotanti sui flussi d’aria internialla turbine. Questo sistema di coor-dinate tridimensionali, insieme aduno specifico solutore per lo swirl,permette di calcolare lo swirl genera-to da componenti rotanti tenendoconto degli effetti dei vortici liberi eforzati.

Flowmaster V7 Gas Turbine

Figura 1. Applicazioni di Flowmaster V7 Gas Turbine


Questo solutore permette inoltre dimodellare l’evoluzione dello swirl lun-go il flusso e di studiare l’aumento ola degradazione dello swirl causatodalle varie componenti geometriche emeccaniche delle turbine.

Grazie al solutore per lo swirl è pos-sibile studiare in modo accurato iflussi di aria secondaria che avvengo-no tra il rotore e lo statore. Per que-sto sono presenti componenti rotantispecifici quali orifizi, ugelli, passag-gi, labirinti e cavità. In particolare lacavità rotante è un componente com-

plesso che permette di modellare inmodo accurato gli spazi presenti trarotore e statore tenendo conto dellasua geometria e dellapresenza di superficistazionarie, rotanti oaddirittura rotanti insenso contrario l’una ri-spetto all’altra.

Grazie all’utilizzo diun’interfaccia graficaspecificamente studiata(Cavity Wizard) è possi-bile digitalizzare la geo-

metria bidimensionale della cavità ediscretizzarla in più sezioni come sifa nei metodi agli elementi finiti. Lacavità rotante può avere da 2 a 6 in-gressi o uscite in modo da modellareaccuratamente qualsiasi geometria.La cavità rotante in questo modo di-venta un componente complesso ba-sato su una sottorete. All’interno diciascuna cavità è possibile ottenere irisultati di temperatura, pressione,swirl e portata.

Infine, Flowmaster V7 Gas Turbine èin grado di studiare il miscelamentodi diversi fluidi e di calcolare le pro-prietà della miscela. Questo è parti-colarmente importante per la model-lazione dei flussi all’interno della ca-mera di combustione.

Per ulteriori informazioni:Dott. Alberto [email protected]

Figura 2. Componenti specifici di Flowmaster V7 Gas Turbine

Figura 3. Caratterizzazione della cavità rotante tramite il Cavity Wizard

Flow Source

with Swirl

Pressure Source

with Swirl

Rotating Cavity

(2 arms)

Rotating Cavity

(6 arms)

Rotating

Orifice

Rotating Anular

Passage

Rotating

Passage

Discrete

Losses

Labirinth Seal

(Staggered)

Labirinth Seal

(Stair Step)

Labirinth Seal

(Straight Through)

Labirinth Seal

(User Defined)


Tensile tests on the support of aTechnoAlpin snow generatorThe new T60 snow generator byTechnoAlpin, a worldwide leader forsnowmaking systems, now on themarket, is a perfect masterpiece ofdesign and technology. Able tocombine powerful performance, highoutput, low weight, excellenthandiness and design, this snow gunrepresents a great example oftechnological innovation. EnginSoft'stask in the simulation work was toinvestigate the gun's mechanicalresponse in case of impacts.

In particular, two different extremesituations have been simulated, whichcould likely happen when handling thegun, such as dropping duringtransport and lifting. The focus was onthe aluminum support of the maincomponents which, from a structuralpoint of view, is considered theweakest part.

The simulation aimed at evaluatingwhether the revision of the firstcomponent configuration, carried outby TechnoAlpin technicians, couldreally guarantee better structuralperformances, taking into accountconstructive and productiverequirements as well as the company'shigh quality standards.The simulation demonstrated how abest stress and strain internaldistribution could lead to betterperformances in operating conditions,reducing unbalanced load andvibrations, while weight andproduction costs remain unchanged.

Techno Alpin, leader mondiale nelsettore dell’innevamento artificiale,ha commercializzato da poco il suoultimo gioiello: il generatore da neveT60. Il T60 è un capolavoro di pro-gettazione e di tecnologia. Il risulta-

to: potente, ottima capacità d‘inne-vamento, peso contenuto, grandemaneggevolezza e un design partico-larmente accattivante.

Affidabilità, sicurezza d’impiego,maggiori prestazioni d’innevamentoed eccellenti risultati in condizioni ditemperatura marginali. La gioia per ilnotevole passo nel futuro dell’inneva-mento programmato è stata grande.Il T60 è la dimostrazione di come laperfezione tecnica possa anche spo-sare la bellezza ed il design.

Il design dinamico del T60 è sinoni-mo di innovazione tecnologica. Il

compatto quadro elettrico è parte in-tegrante delle carenature. Tastiera,brandeggio, attuatore possono essereazionati a mano dallo stesso lato. Ciòaumenta ergonomia e facilità d’utiliz-zo. Per lavori di manutenzione e diservizio tutte le parti sono facilmen-te accessibili. Inoltre il passaggio daconnessioni fisse a collegamenti aconnettore per l’alimentazione dellevalvole motorizzate, ha ulteriormenteaumentato la facilità delle operazionidi manutenzione.

EnginSoft ha collaborato con TechnoAlpin al fine di investigare la rispostameccanica del cannone da neve T60

Analisi tensionali di un supporto di ungeneratore da neve TechnoAlpin


nel caso in cui il cannone stesso siasottoposto a degli urti.

Nello specifico sono state simulatedue differenti situazioni estreme chepotrebbero verificarsi durante la mo-vimentazione del cannone. In un pri-mo scenario si è voluto riprodurrel’impatto del cannone con il terreno aseguito di una caduta da un mezzobattipista o di trasporto, mentre inun secondo si è simulato la cadutaaccidentale del cannone quando que-sto è appeso ad una gru di solleva-mento, mediante l’apposito gancioprevisto nella parte superiore.

Si è deciso di focalizzare l’attenzionesu un supporto in alluminio che sor-regge le due componenti principalidel cannone, motore e convogliatore,e che a sua volta è agganciato al car-

rello inferiore, in quanto consideratoil punto debole, da un punto di vistastrutturale, del cannone da neve.

Di questo componente esistevanouna configurazione preliminare e unarevisione, sostanzialmente identica aquella di base, ma arricchita con ner-vature e irrigidimenti nella zone diaggancio con il carrello.

I tecnici di TechnoAlpin volevano ca-pire se le modifiche apportate allaversione preliminare erano veramenteefficaci e se miglioravano l’affidabili-tà strutturale del supporto in manie-ra significativa. Ulteriore obiettivoprefissato all’inizio della campagna dianalisi era quello di individuare altrepossibili modifiche per ottimizzare ilprodotto a tuttotondo, tenendo con-to quindi delle esigenze costruttive,

cercando di limitare costi e tempi direalizzazione mantenendo un elevatostandard di qualità e massimizzandol’efficienza strutturale del compo-nente.

Per simulare adeguatamente la cadu-ta del cannone da neve e per arrivaread una versione ottimale del prodot-to in tempi adeguati alle esigenzeproduttive si è deciso di effettuaredelle analisi statiche equivalenti, do-ve le forze applicate tenessero contodegli effetti dinamici indotti dalleinerzie in gioco.

Per il calcolo dell’intensità di questeforze ci si è riferiti a modelli analiti-ci che, opportunamente tarati e risol-ti, hanno consentito di calcolare inmaniera semplificata, ma allo stessotempo sufficientemente accurata peril contesto e gli obiettivi prefissati,gli effetti dinamici indotti sullastruttura a seguito di una caduta.

È stato dato il via ad un processo diottimizzazione del tipo “trial and er-ror” all’interno del quale sono stateanalizzate quattro differenti configu-razioni del supporto in alluminio, fi-no al raggiungimento della versioneritenuta ottimale, che sarà messa inproduzione da TechnoAlpin già neiprossimi mesi.

A conclusione del lavoro si può affer-mare che la versione ottimizzata è ingrado di garantire migliori prestazio-ni strutturali rispetto a quella origi-naria, mantenendo però praticamenteinalterato il peso e il costo di produ-zione.

La migliore modalità di distribuzionedegli sforzi all’interno del componen-te rispetto alla versione iniziale do-vrebbe inoltre portare sensibili bene-fici anche durante il normale eserci-zio, riducendo le vibrazioni indotteda sbilanciamenti dovuti alla presen-za, ad esempio, di ghiaccio e nevesulle pale della ventola.

Per ulteriori informazioni:Ing. Massimiliano [email protected]


ESAComp, il software per l’analisi e laprogettazione di strutture in compo-sito sviluppato e prodotto daComponeering Inc., è stato aggiorna-to alla versione 4.0 con miglioramen-ti significativi e con l’introduzione dinumerose nuove funzionalità a diver-si livelli: disponibilità di dati aggior-nati nel database dei materiali, inter-faccia utente, capacità di analisi, in-terfacciabilità verso codici agli ele-menti finiti, potenzialità di persona-lizzazione, etc.

La versione di ESAComp 4.0 è statarilasciata ufficialmente a fine giugnoed è stata subito avviata la procedu-ra di aggiornamento delle installazio-ni di tutto il parco clienti italiani daparte del supporto tecnico EnginSoft,oltre a rendere il file di installazionedisponibile per il download direttosul sito FTP.

Sebbene alcuni dei clienti italianihanno avuto l’opportunità di testareuna versione beta di ESAComp 4.0 pervalutare le prestazioni ed indicarespecifici miglioramenti, anche essi ri-conosceranno che la qualità comples-siva della versione definitiva è estre-mamente più elevata di quella avutain prova.

Inoltre, parallelamente alla realizza-zione della nuova versione del codice,Componeering Inc. ha anche amplia-to la disponibilità ed incrementato illivello qualitativo della documenta-zione sia tecnica sia dimostrativa: in-fatti, oltre all’aggiornamento dellamanualistica, del materiale relativo aicasi applicativi e della “Quick StartGuide”, una sezione del sito web del-la casa madre (http://www.compo-neering.com/esacomp/index_demo.html) è dedicata ad un tour virtualedelle capacità tecniche e di analisi diESAComp 4.0 attraverso la risoluzionedi un caso applicativo industriale.

La scelta di Componeering Inc. direndere disponibile tutto il materialetramite download diretto di file informato Acrobat pdf, in modo da li-mitare la distribuzione di CD seguen-do una logica di contenimento del-l’impatto ambientale, ha trovatoEnginSoft perfettamente allineata nelruolo di distributore italiano dei loroprodotti.

Tecnicamente il passo dalla versione3.5 alla versione 4.0 è stato ampio edi cambiamenti sono stati profondi nelcuore del sistema ESAComp. Questo

approccio ha permesso, oltre all’au-mento delle capacità di analisi e del-le potenzialità progettuali, il rag-giungimento di un miglior equilibriotra accuratezza dei risultati, robu-stezza di calcolo e sforzo computa-zionale.

Le novità più significative riguardano:• il database delle proprietà dei

materiali costitutivi le cui capaci-tà sono state modificate, le infor-mazioni incrementate ed integra-te in una struttura “Windows stile”;

• la possibilità di definire, all’inter-no degli strumenti di calcolo, pro-prietà meccaniche dipendenti dal-la temperatura e dal livello diumidità dell’ambiente operativo;

• nuove potenzialità di calcolo“multi load” e “multi object” perprogettazioni ed analisi compara-tive;

• analisi probabilistica dei laminatiper la previsione degli effetti sul-la resistenza e sulla rispostastrutturale di proprietà meccani-che, angoli di stesura delle fibre econdizioni di carico non determi-nistici;

• incremento delle capacità di ana-lisi degli incollaggi e dei collega-menti bullonati;

• capacità di esportazione dei dativerso LS-Dyna;

• incremento delle capacità di postprocessing in ambiente ANSYS.ESAComp 4.0, lanciato diretta-mente dall’interfaccia graficaANSYS include adesso anche ilriconoscimento automatico dellanatura della lamina (e.g. core,laminata unidirezionale, tessutoprepreg, etc.) e l’utilizzo dell’ILLper la failure prediction.

Per ulteriori informazioni:Ing. Marco [email protected]

ESAComp 4.0 now available!

Ed.: Nafens 2008ISBN 978-1-874376-32-3

Spetta ai soli analisti utilizza-re il metodo degli elementi fi-niti, o possono impiegarlo inmodo utile, sicuro ed efficaceanche i progettisti? Il tema, inpassato, era molto dibattuto.Al giorno d’oggi l’industria daun lato, ed i produttori di tec-nologie software dall’altro, so-no concordi nell’attribuire unaquota importante del lavoroquotidiano di simulazione alcomputer ai progettisti, almeno in certe fasi del processo pro-gettuale.

Il testo tratta, in premessa, del ruolo della simulazione nel pro-cesso di sviluppo prodotto, discutendo dell’applicabilità dei me-todi nelle diverse fasi del processo, dei benefici della simulazio-ne nelle prime fasi della progettazione, delle potenzialità e deilimiti del metodo. Successivamente sono forniti i concetti dibase del metodo degli elementi finiti, dando risalto ai pre-re-quisiti di natura ingegneristica, ed alle assunzioni e relative ap-prossimazioni. Di seguito si trattano gli aspetti operativi, orga-nizzati secondo la sequenza tipica della costruzione di un mo-dello: definizione delle proprietà dei materiali (in forma coeren-te al metodo), suddivisione del modello in elementi finiti (concenni alla convergenza verso la soluzione esatta, ed ai metodidi controllo disponibili nei codici di calcolo), applicazione del-le condizioni al contorno, trasferimento del modello dal CAD.

Si parla, poi, dei tipi di analisi possibili, cercando di orientare,attraverso la definizione di possibili caratteristiche in contrap-posizione, alla scelta più opportuna.

Ampio spazio è dato al tema della verifica, e, quindi, della si-curezza del calcolo, indicando i metodi od i processi che do-vrebbero essere impiegati e divenire prassi sia in sede di pre-analisi, che una volta ottenuti formalmente dei risultati. Da ultimo si forniscono riferimenti utili per gli approfondimen-ti, sia di tipo convenzionale (testi), che propri delle reti di in-formazione (internet, network, associazioni).

Il testo fa parte dei documenti prodotti gratuitamente per i so-ci Nafems. EnginSoft può fare da tramite verso Nafems.

Per informazioni:[email protected]

A Designer’s Guide toSimulation with FiniteElement Analysis

Ed.: Nafens 2008ISBN 978-1-874376-31-6

Il nuovo volumetto della serie‘WHY DO’ edito dal gruppo dilavoro “Education andTraining” della Nafems è parti-colarmente interessante, siaper il modo diretto e sinteticocon cui introduce il tema, siaper la serie di ‘case-histories’che presenta.

Il tema dell’analisi probabili-stica mediante modelli ad ele-menti finiti è, per semplicità, trattato con riferimento alla mec-canica dei solidi, e, in senso stretto alla risposta di sistemimeccanici e strutturali. I principi si applicano, però, a qualsia-si altro problema fisico affrontato con modelli ad elementi fini-ti. L’obiettivo, riferito al progettista, è quello di acquisire unamaggior sensibilità in relazione all’influenza delle incertezze, e,in definitiva, al margine di sicurezza relativo ad un certo siste-ma. L’analista, a sua volta, cercando di trattare l’incertezza, puògiungere a conclusioni drasticamente diverse quanto all’impor-tanza dei parametri utilizzati in ingresso del proprio calcolo.

Gli argomenti trattati riguardano: • l’incertezza, le sorgenti di incertezza, il modo di rappresen-

tarla (ricorrendo alla teoria della probabilità);• gli effetti dell’incertezza sulla risposta strutturale, intesi

come propagazione dell’incertezza dai dati di ingresso (pro-prietà dei materiali, azioni, imprecisioni geometriche, …) aidati di uscita, e la cosiddetta ‘sensitività’;

• i metodi per l’analisi probabilistica (‘random sampling’,metodi basati sul ‘most probabile point’, metodi ibridi, sen-sitività,..), la scelta delle variabili probabilistiche, problemiconnessi con i meccanismi di cedimento strutturale;

• problemi di natura pratica, quali l’interfacciamento concodici commerciali, la definizione di misure di ‘performan-ce’, la mappatura delle variabili random, l’estrazione deirisultati;

• i benefici di un approccio probabilistico all’analisi FE.

Tra le ‘case-histories’, la risposta a fatica di un albero a gomiti,la risposta a fatica di un componente aeronautico, l’analisi pro-babilistica di un’ala in materiale composito, un’analisi di crashin campo automobilistico, e molti altri.

Il testo fa parte dei documenti prodotti gratuitamente per i so-ci Nafems. EnginSoft può fare da tramite verso Nafems.

WHY DO ProbabilisticFinite ElementAnalysis



FRAMMENTI DI FEM:Stato di Tensione di una Trave aSezione Aperta soggetta a TorsioneIl fenomeno dell'impedito ingobbamento è argomentocentrale delle applicazioni ingegneristiche caratterizzate dastrutture in parete sottile (p.e. strutture aeronautiche). La nota tecnica è mirata ad evidenziare la corrispondenza trai risultati ottenuti con il calcolo manuale, sulla base della trattazione teorica del problema, e quelli ricavabili mediantela simulazione numerica agli elementi finiti. Come è noto, l'analisi FEM fornisce soluzioni approssimate. Il grado di approssimazione è funzione del criterio sia teorico (funzioni di forma dell’elemento) che metodologico (tipo dielemento usato). Le nostre approssimazioni sono state confrontate conschematizzazioni sia a elementi SHELL sia a elementi BEAM incui sia stata attivata la funzione di warping. Richiami teorici Secondo la teoria di De Saint Venant, una trave sollecitata atorsione è equilibrata da un sistema di tensioni tangenzialiil cui valore numerico è espresso dalla formula:

dzdGJ

dove: T = momento torcente applicato G = modulo di elasticità tangenziale = angolo di torsione J = fattore di rigidezza torsionale o costante torsionale (momento polare della sezione) z = coordinata assiale della trave Il carico applicato è equilibrato con un sistema di soletensioni tangenziali, che soddisfano anche alle equazioni dicongruenza, ovviamente se il momento torcente è applicatosulle basi della trave e se le estremità del solido sono liberedi deformarsi. Questo sistema di tensioni dà luogo, in generale, aspostamenti longitudinali non uniformi per i punti dellasezione (ingobbamento), ma costanti lungo ogni linea parallela alle generatrici del solido. Se però una sezione è impedita di ingobbarsi (impedito ingobbamento), deve svilupparsi lungo l’asse della trave un sistema di tensioni normali in modo tale che vengarispettata la congruenza. Essendo queste generalmente non costanti lungo l’asse, mavariabili con legge esponenziale, si associa a questo sistemadi tensioni normali un sistema di tensioni tangenziali che si aggiunge alle tensioni tangenziali previste dalla teoria di DeSaint Venant e che può avere come risultante un momentotorcente; il sistema delle tensioni normali deve invece averenella sezione una distribuzione tale da dare risultante emomento risultante nulli, poiché alla trave è applicatasoltanto una sollecitazione di momento torcente.

In base al principio di De Saint Venant, si può supporre cheil sistema delle tensioni dovute all’impedito ingobbamentosia limitato alla zona di “disturbo”; questa conclusione è senz’altro valida per travi solide lunghe, ma non èapplicabile ad elementi in sezione aperta in parete sottile. Consideriamo il caso generale di una trave in spessore sottile con sezione aperta di qualsivoglia tipo. Le sezioni aperte, a differenza di quelle chiuse, sonocaratterizzate dalla deformazione (o ingobbamento) dellalinea media. Solo nel caso particolare di linea media non curva, marettilinea, i punti che stanno sulla linea media della sezionenon presentano ingobbamento, ma mantengono la propria giacitura iniziale. Si suppone di poter trascurare le componenti tangenziali della deformazione conseguenti al flusso delle tensionitangenziali dovute all’impedito ingobbamento (tali tensioni,viceversa, non sono affatto trascurabili). Si può quindi scrivere, per la linea media della sezione:

0dzdr

sw

Gzs

dove rE , distanza tra il centro di rotazione E (per il momento incognito) e la tangente alla linea media, è presopositivo se il movimento lungo la tangente, nella direzione positiva di s (ascissa curvilinea), è antiorario intorno ad E.Si ha, quindi:

dzdsA

dzddsrw

s

s)(2

0

dove w è lo spostamento assiale lungo z (ingobbamento), mentre A(s) è l’area settoriale.

In presenza di impedito ingobbamento, dzd non è più

costante e possono generarsi così delle tensioni normali,che indicheremo con , le quali per travi in parete sottile (in cui lo spessore t è idealmente ricondotto alla linea media) possono essere assunte costanti nello spessore e quindi nella sezione unicamente funzione della coordinatacurvilinea s.

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2 - 23Si assume, inoltre, che sia l’unica componente di deformazione normale non identicamente nulla, sempre inrelazione al fatto che lo spessore della parete è sottile. Quindi è data semplicemente da:

2

2

)(2dzdEsA

zwEE

Come si può osservare, la distribuzione di è definita dalla distribuzione di A(s). Per determinare esattamente il valore delle tensioni, èquindi necessario stabilire l’origine delle coordinate curvilinee s, da cui valutare A(s) e il centro di rotazione. Il centro di rotazione di una sezione aperta in parete sottilesollecitata da un momento torcente puro coincide con ilcentro di taglio. Poiché il carico esterno applicato è un momento torcente puro, si ha necessariamente:

0tdscont

da cui:

0)(2cont

tdssA

essendo funzione unicamente di z. Si può porre:

effAAsA 00 22)(2

dove A0 è l’area misurata in s = 0, arbitrariamente scelto, mentre Aoeff è il valore di A0 valutato per l’effettiva origine della coordinata s, al momento incognita. Dunque:

022 00cont

effcont

tdsAtdsA

e pertanto:

cont

conteff tds

tdsAA

0

0

22

Infine:

cont

cont

tds

tdsAAsA

0

0

22)(2

che rappresenta l’effettiva distribuzione di A(s) e quindi di

e w nella sezione, noto dzd .

Per determinare dzd , si può scrivere una equazione di

equilibrio alla rotazione intorno all’asse longitudinale dellatrave. Il momento torcente prodotto dalle tensioni tangenzialiassociate all’impedito ingobbamento è dato da:

cont

sdstdssAr

dzdE

03

3

)(2

L’integrale soprascritto può essere valutato integrando perparti.

Tenendo conto che dsAdr )2(

, si ha:

contcont

ss

tdssAtdssAsAdstdssAds

Ad 2

00

)(4)(2)(2)(2)2(

Ma ad ogni estremo libero della sezione il flusso di taglio, e

quindi s

tdssA0

)(2 che ad esso è proporzionale, è necessaria-

mente nullo e quindi l’integrale si riduce a:

conttdssA 2)(4

In definitiva, si ha:

3

3

dzdE

dove:

conttdssA 2)(4

è una costante particolare della sezione, detta costante di Wagner o costante di ingobbamento (warping constant), puramente geometrica, relativa al fenomeno dell’impeditoingobbamento. L’equilibrio intorno all’asse longitudinale può essere ora così scritto:

3

3

dzdE

dzdGJ

Al prodotto E viene dato il nome di rigidezza ad impedito ingobbamento. Integrando quest’ultima equazione con le appropriate

condizioni al contorno, è possibile determinare dzd e quindi

lo stato di tensione nella trave. Esaminiamo ora lo stato di tensione in una trave in parete sottile con sezione a Z, incastrata in una sezione d’estremità (z = 0) e libera nell’altra (z = L). In questo caso, il centro di taglio coincide con il baricentroe la determinazione di può essere condotta con immediatezza. La posizione del baricentro è data dalla seguenteformulazione analitica:

42422 hdtdhdthhdtdAhdt

Quindi:

)2(2)(2

dhdhhdA .


Ne segue:

dhdhhtddht

dhdhhdhdthhdt

22

122

2222312

23222

che rappresenta il momento d’inerzia della sezione attraverso un asse passante per il centro di gravità. L’equazione fondamentale della torsione, che è:

3

3

dzdE

dzdGJ

può essere risolta in termini di dzd e la soluzione è del

tipo:

)sinh()cosh( zBzAGJdz

d

dove:

EGJ2

Le costanti A e B sono determinate dalle condizioni al contorno. In z = 0, la sezione è impedita di ruotare e di ingobbarsi

(w = = 0) e quindi dzd = 0 visto che w è proporzionale a

dzd , mentre in z = L la sezione è libera di ruotare e di

ingobbarsi e quindi sono necessariamente nulle le tensioninormali dovute all’impedito ingobbamento, pertanto

02

2

dzd , essendo proporzionale a 2

2

dzd .

Si ha così:

)sinh()tanh()cosh(1 zLzGJdz

d

o alternativamente:

)cosh())(cosh(1

LzL

GJdzd

Integrando quest’ultima equazione e ponendo l’ulteriore condizione al contorno 0

0z, è possibile ricavare

l’espressione finale in termini di :

)cosh()sinh(

)cosh())(sinh(

LL

LzLz

GJ

Infine, essendo 2

2

)(2dzdEsA

zwEE , le

tensioni assiali relative all’impedito ingobbamento sono leseguenti:

)cosh())(sinh()(2

LzLsA

GJE

dove T è il momento torcente applicato, A(s) è l’area settoriale, funzione della coordinata curvilinea, mentre iltermine parabolico è funzione della coordinata assiale. Esercizio Consideriamo una trave in spessore sottile, con sezioneaperta a Z (si veda la figura riportata sopra) e in lega dialluminio.

d = 100 (lunghezza flangia) h = 200 (altezza) L = 2000 (lunghezza trave) Caratteristiche del materiale: E = 71000 MPa = 0,33

Condizione di carico e vincolo:

1. Sezione a z = 0 incastrata 2. Momento torcente T = 1 Nmm applicato all'estremità libera z = L

Ne risulta:

dhdhhtd

22

12

23

4166666667 mm6

32

3tdhJ 133,33 mm4

)2(2)(2

dhdhhdA 7500 mm2

EGJ2 = 1,22·10-8 mm-2 μ = 1,1·10-4 mm-1

Quindi:

00356.0)tanh(2

)cosh()sinh(2

0

LAGJE

LLA

GJE

z

Confrontiamo, a questo punto, il risultato esatto ottenutodal calcolo manuale con i risultati delle analisi agli elementifiniti eseguite con il codice di calcolo ANSYS.

00356.0)tanh(2 LAGJE

MPa

Newsletter EnginSoft Anno 5 n°2 - 25Risultati ANSYS• Trave modellata con elementi SHELL

• Trave modellata con elementi BEAM

Per ulteriori informazioni:Ing. Giulia FilucchiProject [email protected]


Interview with Ing. Vittorio Falcucci of WASS Whitehead Alenia Sistemi Subacquei(WASS) is a world leader in underwatersystems, renowned for its excellence inintegrated systems engineering. Itsorigin can be traced back to 1875, whenRobert Whiteheadestablished a torpedo factoryin Fiume. The company whichrelocated to Livorno in 1945as part of the FIAT Group,has been an ownedsubsidiary of Finmeccanicasince 1995.

WASS offers a complete rangeof light and heavyweighttorpedoes, torpedocountermeasures for surface vessels andsubmarines, active/passive shipboardand helicopter sonar, as well ascountermine and underwatersurveillance equipment.WASS competences are applied to thedifferent aspects of underwater defense,constituting an important referencepoint also for the Italian (and foreign)Navy. In order to reach and maintain itsleadership in this sector, WASS hasalways invested in innovation, as Mr.Falcucci states in this interview.

After the invention of the torpedo, WASSmission has been to anticipate itscustomers' needs through technologicalinnovation, which he defines as acombination of creativity and experiencethat requires continuous feeding tofurther improve and grow.

CAE tools and virtualprototyping technologiescan provide a reliablesupport for this process,as it is indispensable tospeed up both, thecreation and productionof new products, to becompetitive, and tominimize costs and timeto market.

Mr Falcucci mentions several applicationexamples in this highly technologicalsector, for which CAE allows to design,test and evaluate different solutions,reducing experimental activities. At anyrate, he regards a new approach tosimulation as the most important factorto succeed.The idea is not just to use it for "single"activities, but to integrate it in theproduction system and optimizationprocess, and WASS, in collaboration withEnginSoft, is driven by this objective.

WASS, Whitehead Alenia SistemiSubacquei, è la diretta discendentedell’azienda che nel 1868, nello stabili-mento di Fiume nell’allora Regno diUngheria, costruì il primo siluro, basa-to sull’invenzione dell’Ing. RobertWhitehead del sistema di controllo diassetto per veicoli autonomi.L’azienda fu rilevata dalla famigliaOrlando dopo la prima guerra mondiale,che aprì sedi in altre regioni d’Italia edopo la seconda guerra mondiale entrònel gruppo FIAT eleggendo come sedeLivorno.

Finalmente, nel 1995 la FINMECCANICAsubentrò alla FIAT.In tutta la sua storia, WASS ha sempremantenuto una posizione di leadershipmondiale nel campo dei siluri e più re-centemente dei sistemi di contro-misu-re anti-siluro.

Le competenze e le applicazioni diWASS coprono tutti gli aspetti della di-fesa subacquea, per la quale WASS è ri-ferimento privilegiato per la MarinaMilitare Italiana e per molte marineestere.

EnginSoft ha posto all’Ing. VittorioFalcucci, R&D Director, le seguenti do-mande:

Che spazio ha e dovrebbe avere l’inno-vazione nel mondo industriale?Penso che l’innovazione sia la prepara-zione dei prodotti del domani e chesenza di essa un’azienda non abbia fu-turo. Per questo anche WASS, aziendacon limitata concorrenza nel mondo, dàmolta importanza all’innovazione.La storia stessa della WASS dimostraquanto l’innovazione sia importante: lanostra azienda è nata a seguito diun’idea, l’invenzione del siluro, nellaseconda metà dell’‘800 e si è mantenu-ta costantemente in posizione di lea-dership, capace anche di riprendersi ra-

Intervista all’Ing. Vittorio Falcuccidi WASS

Fig. 1 – Il primo siluro costruito nel 1868

Fig. 2 – Il siluro A184 mod. 3 in servizio presso la Marina Militare Italiana


pidamente dopo la seconda guerramondiale perché ha sempre anticipatocon innovazioni tecnologiche le neces-sità dei clienti.

Questa esigenza di innovazione è tantopiù vera oggi. Le tecnologie un tempoprerogativa di pochi paesi occidentalisono più facilmente e generalmente di-sponibili e un prodotto nuovo rimanesenza concorrenti per un tempo semprepiù ridotto.È pertanto necessario disporre di stru-menti e supporti di CAE sempre piùevoluti che accelerino l’introduzionedelle innovazioni sui prodotti.

Quali sono le strategie per essere in-novativi e quali valutazioni spingonoall’innovazione?Ritengo che l’innovazione nasca dallasintesi di esperienza e creatività.Da una parte, è necessario avere unabuona conoscenza dei sistemi esistentie delle esigenze attuali dei clienti, dal-l’altra occorre aprire la mente a nuoveidee e avere la possibilità di verificarnel’impiego.L’innovazione produce risultati solo seè alimentata di continuo. La strategiaprincipale per essere innovativi è quel-la di esercitare continuamente l’inno-vazione.In particolare, si deve avere il coraggiodi mettere in discussione se necessarioanche ciò che è stato già acquisito,benché abbia avuto indubbio successo.

Che ruolo ricoprono gli strumenti CAEe di prototipazione virtuale in talsenso?

Il vantaggio immediatamente evidentedegli strumenti CAE risiede nella possi-bilità che essi offrono di simulare e ve-rificare fin dall’inizio della fase di con-cezione la possibile applicazione dinuove idee.

Può essere il caso di nuovi materiali dicui si deve verificare la resistenzastrutturale e l’impiego per veicoli su-bacquei, o di nuovi sistemi di produzio-ne di energia elettrica di cui si vuoleverificare l’autonomia o di nuove confi-gurazioni di componenti magnetici permotori elettrici ad elevato rendimentoo di nuovi veicoli subacquei di cui sivogliono verificare le prestazioni ope-rative, o di trasduttori acustici di cui sivogliono adattare le prestazioni a op-portune bande di frequenza.Il CAE consente non solo di minimizza-re i tempi di sperimentazione, ma so-prattutto di valutare più soluzioni pos-sibili in modo da permettere la sceltadella soluzione che ha maggioripossibilità di successo con unasensibile riduzione dei rischi tec-nici e un’ottimizzazione delle pre-stazioni.

In WASS, che sviluppa soluzionidestinate ad ambienti “difficili”con scarse possibilità di controllodi tutti i parametri che influenza-no i risultati quale è il caso dellasubacquea, questa esigenza è sta-ta ben presente fin dagli anni ’80.

Ad esempio, la qualifica di entra-ta in acqua di un siluro lanciatoda aeromobile è svolta tradizio-

nalmente con diverse attività speri-mentali da diverse quote, in diversecondizioni ambientali (forza del ventoe forza del mare) utilizzando dummyopportunamente strumentati con ele-vati rischi di ripetizione delle prove an-che solo per imprecisioni di esecuzionedelle procedure di prova. Oggi, la mo-dellazione a elementi finiti del siluro,la sua caratterizzazione tramite prove abanco e l’esecuzione di run di simula-zione della fase aerea consentono di li-mitare le attività sperimentali a pochilanci rappresentativi di condizioni tipocon elevate riduzioni di costi e tempidi sviluppo.

Come sono cambiate le esigenze degliutilizzatori negli ultimi anni?L’approccio alla simulazione in WASS siè modificato gradualmente, ma conti-nuamente.Ancora quindici anni fa, WASS si rivol-geva a sistemi di simulazione con mo-delli di tipo proprietario, validi solo inambiti limitati che difficilmente per-mettevano di sfruttare le esperienzeacquisite in altri ambiti.Oggi che i modelli si sono evoluti e inbuona parte standardizzati, WASS hanecessità principalmente di accederefacilmente ad un supporto di CAE qua-lificato misto di strutture interne eesterne. Le prime contribuiscono conl’esperienza propria delle nostre appli-cazioni; le seconde forniscono un’assi-stenza allo “stato dell’arte”, alimentatada una molteplicità di applicazioni, cuiWASS non potrebbe altrimenti accedere.

Fig. 4 – Sistema di ventilazione di un cabinet

Fig. 3 – Sistema di Contromisure per Navi di Superficie


Quali vantaggi ha rilevato nella suaesperienza professionale, come è cam-biato il suo approccio alla progetta-zione/produzione e quale è stato ilcontributo di EnginSoft?Nell’operatività di tutti i giorni è statoveramente sensibile il cambio di marciache la progettazione ha avuto a segui-to di questa modifica dell’approccio al-la simulazione.

EnginSoft ha collaborato con WASS daisuoi inizi alla metà degli anni ’80 eWASS ha continuamente incrementatoil coinvolgimento di EnginSoft da con-sulente dell’utilizzo di ANSYS fino asupporto qualificato di progettazione.Allo stesso tempo anche la strutturadella progettazione di WASS si è modi-ficata introducendo le simulazioni nel-la fase di concezione dei progetti eadottando verifiche per simulazioneprima che sperimentali con metodolo-gie mano mano più sofisticate e rappre-sentative.

EnginSoft ha partecipato allo sviluppodi tutti i prodotti di WASS oggi in pro-duzione e in sviluppo, sia per le verifi-che strutturali, che per quelle termichee fluidodinamiche, apportando un ef-fettivo contributo di competenze.

Quali prospettive intravede per i codi-ci di calcolo in relazione alle sfide po-ste dal futuro?Penso che il futuro prossimo dei codicidi calcolo risieda nell’integrazione.Da una parte i codici devono descrive-

re sistemi sempre più complessi conuguale dettaglio e con la possibilità diesportare facilmente i singoli moduli.Le simulazioni oggi eseguite a livello dicomponente dovranno poter essere va-lutate a livello di sistema e di “sistemadi sistema” senza perdere di rappresen-tatività.

Dall’altra i codici devono essere mag-giormente integrati all’interno delleaziende per fornire un effettivo contri-buto di Computer Aided ConcurrentEngineering. Già oggi si intravedonoapplicazioni in cui possono essere veri-ficate in fase di concezione di un nuo-vo prodotto le procedure di montaggioe smontaggio o l’organizzazione dellelinee di produzione. Questo processodovrà completarsi fino ad un coinvolgi-

mento totale delle strutture aziendaliper un’ottimizzazione dei processi e deirisultati.

Quali progetti, obiettivi e nuovi tra-guardi intende perseguire grazie al-l’uso di questi strumenti?Gli obiettivi che WASS intende perse-guire discendono dalla visione delleprospettive intraviste per i codici dicalcolo.La possibilità di descrivere i nostri pro-dotti tramite codici comuni a quelliutilizzati dai responsabili delle piatta-forme consentirà di estendere su unpiano più ampio le valutazioni operati-ve e tecniche che oggi effettuiamo so-lo a livello dei nostri sistemi o di partidi essi.

Cosa si auspica per il mondo della tec-nologia scientifica alla continua ri-cerca di una dimensione tra creativi-tà e competitività?Credo che non si debba temere la com-petizione. Anche se nuove realtà indu-striali si affacciano “minacciosamente”,devono essere viste più come un’oppor-tunità, come la sorgente di maggioricontributi, che devono poi essere indi-rizzati con creatività verso le innova-zioni che ci interessano.Auspico quindi che la tecnologia siapra su una base sempre più larga, sen-za limitazioni ideologiche in modo daaccelerare il progresso verso un genera-le miglioramento della qualità della vita.

Fig. 5 –Gonfiaggio di una sacca di recupero

Fig. 6 – Sollecitazioni dovute a pressione esterna


After the fruitful collaboration inthe framework of the CEFEN project(see next issue), EnginSoft hasinvited three of the best studentsof the "Istituto Tecnico IndustrialeStatale E. Fermi" of FrancavillaFontana (BR), for an internship atits branch office in Mesagne.During a three weeks' trainingperiod, the students have had theopportunity to actively participatein the company's work, as a way toface real working dynamics, tolearn and to test their knowledge invarious topics and to receive a basictraining in Graphical Interfaces and

Software Customizing.These positive experiences will open thedoors to future collaborations, also inview of the ever growing importance tocreate an integration between educationand industry.

Sulla base del rapporto intrapreso conl’Istituto Tecnico Industriale Statale “E.Fermi” di Francavilla Fontana (BR), aseguito della collaborazione per il pro-getto CEFEN (vedi prossimo numero),EnginSoft si è avvalsa del contributo ditre tra i suoi migliori studenti. Ciò haconsentito loro di prender parte ad uno

stage formativo che potesse rientrarenella logica di EnginSoft di testare sulcampo le conoscenze e le qualità di co-

loro i quali sono in potenza il ba-cino di risorse umane cui attinge-re nuove leve, e contemporanea-mente di andare incontro alla ne-cessità del territorio di integrarela formazione scolastica con ilmondo industriale.

Per tre settimane, in particolare, iragazzi hanno potuto visionare edapprendere le dinamiche del lavo-ro in un’azienda quale EnginSoft,apprendere alcuni concetti fonda-mentali di materie inerenti il loro

piano di studi scolastico e partecipareattivamente ad un’at-tività aziendale.

Vista la sempre cre-scente esperienza del-la sede mesagnese diEnginSoft nello svi-luppo di InterfacceGrafiche e customiz-zazione software, èstato possibile trasfe-rire agli stagisti tuttele conoscenze basilariper lo svolgimento ditali attività.

Dopo brevi cenni sulla OOP(Object Oriented Programming) esui suoi concetti fondamentali,agli studenti sono stati illustratele più comuni tecniche per l’im-plementazione di una GUI(Graphical User Interface), edhanno, fra le altre cose, potutocomprendere a fondo l’importanzadell’uso delle interfacce software edel loro utilizzo per un’ottimalegestione delle componenti grafi-

che costituenti una Interfaccia Utente.

È stato contestualmente spiegato loroil sistema MVC (Model – View -Controller) ed i Design Patterns più co-munemente usati.

Al termine della settimana formativa, igiovani studenti hanno collaborato at-tivamente all’implementazione di unafinestra grafica che viene utilizzatanell’ambito di una più amplia applica-zione software allo sviluppo della qua-le è impegnata EnginSoft Mesagne.

Per il futuro, sia i responsabilidell’Istituto Tecnico Industriale Statale“E. Fermi”, che EnginSoft Mesagne,hanno espresso la disponibilità pernuove future collaborazioni, visto l’ot-timo rapporto che si è instaurato fra ledue realtà.

Collaborazione fra ITIS “E. Fermi” Francavilla Fontana (BR)ed EnginSoft

Scambio Scuola-Lavoro


Seconda assemblea generale delProgetto NADIA – New Automotivecomponents Designed for andmanufactured by Intelligent processingof light alloys – Helsinki, 12-13 Giugno2008

50 participants representing the 26European partners of the NADIAConsortium came together in Helsinkito celebrate the second “birthday” ofthe project, which marked its mid-termstatus, right at the half way point of itsactivities.This time, the meeting has been hostedby the Helsinki University ofTechnology (HUT), located in Espoo,Helsinki, and held at the DipoliCongress Center.

This annual event traditionally servesas a forum for all partners to share anddiscuss the project results and futureactivities.

Furthermore, the General Assemblycorresponded with the closure of theannual reporting activity, thepreparation of the financial documentsand presentations about the work doneso far, also in view of the EU reviewerassistance at the meeting.

From all this, it becomes quite clearthat the approach to this eventinvolved hard work and greatexpectations.

The meeting constituted, especiallyfrom the coordinator’s and the hostingpartner’s point of view, a challengingexperience: the organization had tocommence about 5 months in advanceto fit with the rich calendar of Helsinkievents for the central week of June(including also the prestigiousMillennium Technology Price). Two newpartners (RWTH, INGUS) could join theNADIA Consortium forthe first time, afterfinalizing the longamendment procedures,and a new demon-strator-driven structurewas conceived toreorganize the richcontributions of theProject Work Packages.

The central idea of thisAssembly was in fact tofocus on the coreelements of theprojects, which are the prototypes (aCrash Resistant Mg HPDC Part, aCylinder Head, an Engine Block, a DieCast Al Component for SteeringSystem), and hence to underline thecomplex correlated activities thatcharacterize this integrated project.The four sessions were chaired by theDemonstrator leaders, respectivelyFORD, DAIMLER, FIAT and CIEAutomotive, which coordinated thecontributions of the other partners

involved in the different activitiesconcerning the componentdevelopment. The same model has beenapplied to each demonstrator, takinginto account certain correlatedaspects, which are: materials (basicresearch level), characterization &models (intermediate research level),processes & engineering tools (finalresearch level), pointing out also

specific issues and the critical elementsfor each demonstrator.This strategy has encouraged partnersto make a further effort to integrate,coordinate and present their workclearly, thus attaining the objectives ofthe scheduled agenda. The participants, including the EUOfficer, appreciated this solution andwere positively impressed, not only bythe consistency of the performedactivities, showing a good level ofintegration, and the interesting resultsobtained, but also by the evidentaccuracy and effective collaborationthe several tasks, difficulties andcritical aspects have been dealt with.

The congratulations of the EU reviewerand the satisfaction of a successfulmeeting are the best rewards andprovide the enthusiasm to proceed inthe best possible way, and not to letthe EU expectations down.

For further information: www.nadiaproject.org

NADIA 2nd General Assembly Meeting


Con il mese di Agosto 2008 termina ilprogetto europeo AUTOSIM che ha con-sentito ad aziende e università euro-pee, operanti nel settore automotive,di confrontarsi sul tema delle tecnolo-gie CAE. Il progetto si articolato in seiworkshop ed una conferenza web, chehanno richiamato centinaia di parteci-panti, alimentando uno scambio di ideecontinuo e approfondito sul presente esul futuro della simulazione in ambitoautomotive.Il progetto si è sviluppato su moltepli-ci argomenti organizzati in tre aree te-matiche: modelli dei materiali, integra-zione delle tecnologie CAE e affidabili-tà delle simulazioni. All’interno delgruppo di coordinamento del progetto,EnginSoft ha avuto il compito di ali-mentare la discussione sul tema dellaaffidabilità, con lo scopo di identifica-re nuove metodologie e nuove tecnolo-gie in grado di garantire un utilizzo piùsicuro del CAE durante l’intero sviluppodel prodotto automobilistico. I risultati del progetto sono stati sinte-tizzati in una relazione divulgativa cheinterpreta lo status del CAE nel mondoautomotive, le tendenze a medio termi-ne e le potenzialità che, una volta con-cretizzate, potranno contribuire ad ac-celerare e rendere più efficace la pro-gettazione.I partner di AUTOSIM hanno ripetuta-mente sottolineato l’importanza di an-ticipare il più possibile l’utilizzo delCAE (up-front simulation) all’internodella catena progettuale, per contenerei costi di sviluppo e ridurre a monte ilnumero di soluzioni da verificare me-diante prototipo fisico. In tal senso laattendibilità dei modelli virtuali e ladisponibilità di dati e modelli affidabi-li sui nuovi materiali, diventano fattoricruciali e imprescindibili. Il progettoha inoltre messo in luce una crescentedomanda di ottimizzazione multi disci-plinare (MDO, PIDO) nel mondo auto-motive, chiamata a massimizzare i be-nefici derivanti dall’uso sistematico del

CAE. Se da un lato vi è la necessità direndere il CAE fruibile al maggior nu-mero di progettisti, dall’altro si è riba-dita la necessità di promuovere unaformazione specifica sull’argomento,possibilmente sfruttando il web comepiattaforma preferenziale per l’eroga-zione di corsi a tema su scala europeae mondiale.

Questi temi sono stati raccolti in unquestionario inviato a tutti coloro chesi sono registrati alla web conferencedel progetto. Le risposte, provenientida circa 300 utenti di Europa e StatiUniti, hanno confermato che le temati-

che affrontate in AUTOSIM sono moltosentite in tutte le aziende che lavoranonell’automotive. In particolare, i margi-ni più interessanti in relazione alla ap-plicabilità del CAE, si possono realizza-re nelle aree che riguardano la sicurez-za, il comfort e l’impatto ambientaledel veicolo (Figura 1). In linea genera-le, quasi il 70% degli intervistati(Figura 2) riconosce nella ottimizzazio-ne multi disciplinare un metodo fonda-mentale per migliorare il prodotto.

AUTOSIM: Preziose indicazioni al termine del progetto

Figura 1 – Aree dove gli strumenti CAE possono dare maggior vantaggio competitivo

Figura 2 – Atteggiamento delle aziende verso l’ottimizzazione multi disciplinare


Ter@tec è il nuovo polo europeo perl’HPC nel settore della sperimentazionevirtuale fondato recentemente a 30 ki-lometri a sud di Parigi, su un’area ac-quisita a fine 2006. L’iniziativa rientrain un progetto francese per il quale siattende uno sviluppo notevole in occa-sione del semestre di presidenzadell’Unione Europea.

Nella definizione degli obiettivi del po-lo si trovano elementi comuni ad altreiniziative analoghe – non ultime alcu-ne iniziative italiane quali, ad esempio,quella annunciata nel convegno lancia-to dal Cineca, con il patrocinio diConfindustria, ed a cui EnginSoft hacontribuito in modo importante – valea dire favorire la collaborazione fra laricerca, l’industria, e le aziende che sioccupano di informatica attorno adun’infrastruttura di calcolo che, nonsenza riflettere in questo un tratto ca-ratteristico dei Francesi, viene descrit-ta come la maggiore del mondo.

Al di là di questo, e dei toni forse ec-cessivi in cui la si proclama, vi sono al-cuni elementi di novità. Si riconosce,ad esempio, già nel background dellostaff dei dirigenti, che al centro del-l’iniziativa è posta la simulazione nu-merica. Se questo è vero, si può presu-

mere che gli obiettivi e le metriche concui si stanno strutturando le diverse at-tività riflettano condizioni e prospetti-ve proprie delle tecnologie per la simu-lazione numerica, ponendo il resto – el’IT in primis – al servizio di queste.E così, tra i membri del consorzio, quel-li catalogati come “entreprises infor-matiques”, contano non solo aziendecome Bull ed HP, ma anche società qua-li Ansys ed ESI; quelli catalogati come“universités et Laboratoires de recher-che”, annoverano Andra, CEA, CENAE-RO, Cerfacs, CNRS, Ecole centrale Paris,Ecole nationale supérieure des Mines deParis, Ecole normale supérieure deCachan, Ecole supérieure d'ingénieurLéonard de Vinci, IFP, INRIA, ed altri;quelli catalogati come “industriels uti-lisateurs” vantano aziende quali Airbus,Alcatel lucent, Bertin technologie,Centre scientifique et technique du bâ-timent, Dassault aviation, EADS

Astrium, Electricité de France,Principia, Schneider Electric, Snecmagroupe Safran, Socièté générale, STMicroelectronics, Total.L’attività del consorzio si caratterizza edancor più si caratterizzerà attraverso:

• progetti di ricerca collaborativi (giàcinque importanti progetti attivi)

• formazione specialistica e formazio-ne continua

• realizzazione di laboratori di ricerca• valorizzazione del calcolo ad alte

prestazioni (ad oggi misurabile in47 Tflops)

• ospitalità nel campus per struttureche si occupano di informaticascientifica (s’attende, per il 2010,la più alta concentrazione europeadi forza lavoro in questo settore)

• aiuti alla realizzazione di start-up.

Anche EnginSoft Francia ha aderito, dasubito, all’iniziativa, affiancando,quindi, ANSYS ed ESI. La si può vedere,già ora, listata tra le “entreprises infor-matiques” (http://www.teratec.eu/pa-ges/membres/index.htm).

Dopo i primi contatti, l’avvio sembradavvero promettente ed apre, probabil-mente, ad una effettiva collaborazionetra centri di caratteristiche e compe-tenze analoghe sparsi per l’Europa. Diquesta iniziativa parlerà, ai convegniTCN-CAE ed EnginSoft, il presidente delconsorzio Christian Saguez in relazionea future collaborazioni sia sul pianodella formazione, che su quello delleapplicazioni industriali.

La filiale francese di EnginSoft si associa a Ter@tec


A global player providing reliable andefficient solutions for power generation,Ansaldo Energia, a Finmeccanicacompany with its headquarter in Genoa- Italy, embodies all engineering,manufacturing, contracting and serviceactivities in the power generation field.It is one of the major companies in thepower generation business providing anextensive range of products and servicesto the market. It has over 100 years ofexperience in power generation and hasa record of installed capacity of morethan 160,000 MW in over 90 countries.

Realtà italiana attiva a livello globale,che offre soluzioni efficienti ed affida-bili nel settore della produzione dienergia, Ansaldo Energia, compagniadel Gruppo Finmeccanica con sede cen-trale a Genova, opera trasversalmentein questo comparto con attività inge-gneristiche, manifatturiere e di servi-zio, diventando una delle maggioricompagnie nel commercio dell’energiaed offendo una vasta gamma di prodot-ti e servizi. Con più di cento anni diesperienza nel campo della produzionedi energia, detiene il record di capaci-tà installata con oltre 160,000 MW inoltre 90 paesi. In quest’intervista con

l’Ing. Rebora, Production & TechnologyDirector, è stato più volte sottolineatocome l’innovazione, quale fonte prima-ria di progresso, debba essere persegui-ta e vissuta come attitudine positivaverso un continuo cambiamento.Diventare leader non è garanzia dellaconquista di una posizione solida e sta-bile, ma al contrario richiede un conti-nuo impegno e miglioramenti, special-mente per quanti operano nel settoreingegneristico. Le tecnologie CAE rive-stono un ruolo centrale quando si ricer-chino soluzioni e prodotti innovativi,affidabili e competitivi, riducendonecontemporaneamente i costi e il tempodi ingresso sul mercato.

Gli strumenti CAE hanno dimostrato diessere particolarmente rilevanti sia nel-la base di progettazione che di produ-zione di innumerevoli progetti diAnsaldo Energia e, anche grazie all’aiu-to e all’esperienza di EnginSoft, ciò po-trebbe diventare ancora più evidentenel prossimo futuro. Nuove stimolantiattività stanno per cominciare, conl’auspicio di intraprendere fruttuosecollaborazioni e con la convinzione chel’integrazione CAE e un approccio piùorientato alle esigenze delle aziendedelineeranno l’evoluzione delle scienzecomputazionali.

Ecco l’intervista:

Che spazio ha (e dovrebbe avere) l’innovazione nel mondo indu-striale/impresariale?Innovazione per me significaattitudine al cambiamento equindi tutto ciò che riguardalo sviluppo di prodotti, pro-cessi e, perché no, comporta-menti. La disponibilità all’innovazio-ne deve permeare tutte le no-stre attività perché ormai losviluppo dell’impresa è basatosul concetto del miglioramen-

to continuo. In altre parole non sipuò più parlare di aziende, prodotti oprocessi consolidati, ma devono esse-re conosciuti e assestati i metodi checi consentono di dominare questaevoluzione continua senza subirlapassivamente. Con parole da ingegnere dobbiamoessere pronti ad affrontare successivefasi di equilibrio sapendo che non ar-riveremo mai alla stabilità.Quello che dobbiamo imparare è con-vivere e organizzare il cambiamentocontinuo.

Quali sono le strategie per essere in-novativi e quali valutazioni spingo-no all’innovazione?A mio parere la strategia che deveguidarci nella messa in opera di qual-siasi processo innovativo deve punta-re a garantire ai clienti prodotti conil massimo di prestazioni, ma anchecon il massimo livello di affidabilitàpossibile. Quindi innovare basandosisull’utilizzo intelligente di tecnologienote e testate senza introdurre neinuovi prodotti tecnologie particolar-mente avanzate, ma non sufficiente-mente provate.

Che ruolo ricoprono gli strumentiCAE e di prototipazione virtuale intal senso?Direi che gli strumenti CAE e la pro-totipazione virtuale rivestono un ruo-lo di primaria importanza nella pro-

Intervista all’Ing. Reboradi Ansaldo Energia


gettazione avanzata soprattutto nel-l’ottica di limitare il ricorso a provee/o simulazioni di laboratorio in sca-la ridotta, perché consentono di ese-guire uno “screening” di diverse solu-zioni restringendo il numero delle va-rianti da testare dal vivo.D’altra parte l’utilizzo di sistemi CAEgarantisce un prodotto ingegneristicodi assoluta affidabilità riducendo alminimo gli interventi manuali nei di-versi step di progettazione e quindieliminando tutte le possibilità di er-rore connesse con la generazione didocumenti a più mani.

Come sono cambiate le esigenze de-gli utilizzatori negli ultimi anni?Direi che più che cambiare le esigen-ze dell’utilizzatore sono cambiate lefinalità a cui sono orientati gli uten-ti. Direi che oggi per la prima volta cisi rende conto che l’obbiettivo delCAE e del CAD CAM di cui si parla daanni è realmente alla portata di tuttele realtà industriali e può essere divolta in volta personalizzato senzaeccessive difficoltà. Non secondario èanche l’impatto su tempi e costi con-nesso comunque al miglioramentodella qualità del prodotto.

Quali vantaggi ha rilevato nella suaesperienza professionale e come ècambiato il suo approccio alla pro-gettazione/produzione?L’utilizzo dei sistemi CAE in progetta-zione/produzione ha avuto due prin-cipali ricadute.Dal lato progettuale hanno consenti-to di realizzare progetti partendo da

riferimenti univoci e consentendo unenorme incremento delle potenzialitàdel calcolo; dal lato produttivo hannogenerato un totale cambio di menta-lità che consente alle aziende di av-viare processi di ottimizzazione finoa pochi anni fa impensabili; alludo adesempio a tutta la filiera dei sistemidi Product Lifecycle Management ecc.

Qual è stato il contributo diEnginSoft e in che modo ha saputovalorizzare qualità, potenzialità ecapacità della sua industria/impre-sa?La collaborazione con EnginSoft nonsolo ci ha consentito di avere acces-so agli strumenti più aggiornati intermini di codicistica e di capacità dicalcolo, ma ha anche contribuito amigliorare l’approccio al calcolo nu-merico dei nostri tecnici compatibi-lizzandolo con le peculiarità dei no-stri prodotti.

Che prospettive intravvede per i co-dici di calcolo in relazione alle sfideposte dal futuro?Credo che il futuro dei codici di cal-colo numerico si sposterà sempre dipiù sulla realtà virtuale con la finali-tà di simulare i processi e di valicarei codici di calcolo che li riproducono. A questo proposito colgo l’occasioneper dire che Ansaldo ha recentemen-te realizzato in collaborazione conl’Università di Genova e con altreaziende liguri un Consorzio che gesti-sce un laboratorio computazionaleper la realizzazione di calcoli in real-tà virtuale.

Quali progetti, obiettivi e nuovi tra-guardi intende perseguire grazie al-l’uso di questi strumenti?L’obiettivo Ansaldo è quello di appli-care questi strumenti per il migliora-mento e lo sviluppo dei nostri pro-dotti a partire dalle turbine a gas,che sono il nostro prodotto di punta,ma senza trascurare turbine a vaporee generatori che pur essendo prodot-ti più maturi hanno ancora spazi persensibili miglioramenti.

L’utilizzo di tecnologie di calcoloavanzate consente inoltre di affron-tare con la necessaria precisione, maanche con la rapidità richiesta la si-mulazione delle problematiche su cuidi volta in volta il campo ci sollecitaattraverso la nostra divisione di ser-vice.

Ansaldo in questo momento non solosta utilizzando gli strumenti CAE maha avviato un processo di integrazio-ne CAD CAM che dovrebbe nel prossi-mo futuro aggiornare e migliorare ilnostro modello produttivo.

E cosa si auspica per il mondo dellatecnologia scientifica alla continuaricerca di una dimensione tra crea-tività e competitività?L’auspicio è sostanzialmente quelloche lo sviluppo delle tecnologiescientifiche venga sempre di piùorientato alle esigenze delle impresee perda progressivamente la dimen-sione legata alla ricerca di tipo acca-demico.


In occasione di SAMPE ’08, svoltosi aLong Beach, in California, OzenEngineering Inc. ed EnginSoft, in quali-tà di partner italiano, hanno presentatoun’innovativa procedura sviluppata perstudio, analisi, progettazione e ottimiz-zazione di strutture in materiali compo-siti. È così possibile ottenere una com-pleta integrazione del software ESACompcon ANSYS, beneficiando delle potenzia-lità di modeFRONTIER®. Ulteriori detta-gli nell’articolo che segue.

Ozen Engineering Inc, and its Italianpartner, the EnginSoft Group havepresented an innovative procedure,specifically developed for the study,analysis, design and optimization ofstructures made of composites duringthe SAMPE ’08 exhibition in LongBeach (California). This new procedureallows a complete integration ofESAComp, the software for the designof composite materials, with the ANSYSFinite Element package, by takingadvantage of the design and multi-objective optimization environmentmodeFRONTIER®, developed by ESTECO(www.esteco.com). Such a proceduremakes it possible to manage, in adeterministic way, the problem ofoptimizing the designs of compositestructures by complying at the sametime with the constraints that theproblem and/or the regulations may

require. In detail, by couplingmodeFRONTIER® and ESAComp, it waspossible to determine the number,orientation and type of rolled sectionsto be used in constructing the actualoptimal composite structure of the hullof a sailing race boat. The wholespectrum of possible configurationscould be considered and theaccordance with the design criteria andstructural/legal specification wassatisfied. The ANSYS finite elementpackage was employed in this case, butthe procedure can be easily employedwith any other commercial FiniteElement Package. The optimizationcapabilities of modeFRONTIER® can bealso employed for calibrating/tuning

numerical models so as tomatch experimental data,thus performing the “so-called” inverseengineering. With respectto this, a study over acomposite helmet has beenrecently conducted. In thisvery case the couplinginvolved modeFRONTIER®,ESAComp and the LS-Dynaexplicit finite elementcode. However, theprocedure is very generaland can be employed with

any other commercial CAE tool, evenfor Computer Fluid Dynamics (CFD)problems. Stochastic Analysis, RobustDesign and Design for Six Sigma (DFSS)studies are other capabilities offered bymodeFRONTIER®. During the SAMPE’08(www.sampe.org/events/2008LongBeach.aspx) conference, Ozen Eng. Inc.gave a full presentation of the abovementioned products/procedures andpresented a paper on “ProcessIntegration and Multi-Objective DesignOptimization as New DesignMethodologies for the design ofComposite Structures” [ID L181]. Thepresentation took place on WednesdayMay 21during the Session Design andAnalysis II of the conference. Manyconference attendees, especially fromthe main industrial aerospaceindustries expressed interest in thenew multi-objective design capabilitiesoffered by ESAComp andmodeFRONTIER®.

Ozen Engineering staff also visited theUniversity of California in Los Angeles(UCLA) and started a preliminarynegotiation with the local communityof Professors and Scholars with theobjective to implement themodeFRONTIER® University Program inUSA.

Events: modeFRONTIER® Superstar inLos Angeles, CA-USA


Italian Maths Olympic Games 2008Two years of training have enabled theLiceo Marconi Team and its coach Dott.Pezzica of EnginSoft, who sponsored theteam, to win the prestigious ItalianMaths Olympic Games, surpassing alsothe famous Fazekas High School ofBudapest.

Da venerdì 9 a domenica 11 Maggio siè svolta a Cesenatico la XXIV edizionedelle Olimpiadi Italiane dellaMatematica. Organizzata dall’UMI(Unione Matematica Italiana), in colla-

borazione con la Scuola NormaleSuperiore di Pisa e patrocinata dalMinistero della Pubblica Istruzione.Questa manifestazione, che è il puntodi arrivo di due livelli di gare di sele-zione svolte in tutta Italia, ha avuto ilsuo fulcro nella gara individuale, svol-tasi venerdì mattina, e la gara a squa-dre che ha visto disputare le semifinalivenerdì pomeriggio e la finale sabatomattina.

La gara a squadre è ormai l’evento piùatteso dagli studenti, sempre più nu-merosa (presenti 70 istituti secondarida tutta l’Italia) ed entusiasmante.Ognuna delle scuole che ha superato leselezioni locali ha partecipato con set-te studenti che hanno dovuto risolvereil più alto numero di problemi nel mi-nor tempo possibile e limitando gli er-rori (che costano punti importanti!).Dinamica, emozionante e ricca di colpidi scena, grazie alla classifica aggior-nata in tempo reale, questa gara riescea coinvolgere il pubblico a livelli da ti-fo calcistico, rendendo in pieno gli ele-menti di gioco, fantasia e sfida propridella matematica e arricchendola diuna componente di gioco di squadra edi strategia. La gara di quest’anno havisto un agguerritissimo Liceo

Scientifico Marconi di Carrara riportaredapprima una tranquilla vittoria nellapropria semifinale (dove la metà dellesquadre venivano eliminate) e quindi,in finale, letteralmente stritolare tuttele altre squadre italiane e battere addi-rittura, per la prima volta nella storia,la squadra di “allstars” del LiceoFazekas di Budapest (un liceo unghere-se di eccellenza per le materie scienti-fiche, sul tipo della nostra ScuolaNormale Superiore, ospite tradizionale,anche se ovviamente fuori classifica, diquesto evento).

Il Marconi ha tagliato il traguardo con1431 punti mentre gli ungheresi si fer-mavano a 1340.Ufficialmente al secondo posto (stacca-ti di oltre 500 punti!) si sono piazzatigli studenti del Marinelli di Udine con917 punti, a seguire l’Avogadro diRoma, 910 punti, e il Leonardo diBrescia, 892 punti (tutti LiceiScientifici).

EnginSoft era doppiamente presentenella competizione, da una parte in

qualità di sponsor unico della squadra,da un’altra parte con uno dei suoi tec-nici-commerciali, il Dott. GiuseppePezzica, in qualità di CT ed allenatoredel team apuano!“Due anni fa il Marconi, mio ex liceo,partecipava alla coppa Fermat diGenova, la più importante delle gare diselezione, e riportava un risultato vera-mente pessimo!” racconta il CT “le miedue figliole, studentesse del Marconi,allora mi chiesero aiuto e si decise diiniziare un allenamento specifico con ireduci dalla disfatta ed alcuni altri vo-lenterosi.Per due anni tutti i sabati (mattina du-rante le vacanze scolastiche e pomerig-gio durante il periodo scolastico) i gio-vani si sono sottoposti a “terribili” tor-ture matematiche! … torture terribilima efficaci se a soli due anni di distan-za uno sconosciuto liceo di provinciaha prima vinto la coppa Fermat e poistravinto la finale olimpica nazionale!”

Olimpiadi di Matematica2008

Da sinistra: Giuseppe Pezzica, Francesco Salvatori, Andrea Caleo, Marco Guarguaglini, StefanoPegoraro, Gabriel Giorgieri, Marcello Spelta, Camilla Pezzica

EnginSoft presente nella gara a squadre come sponsor delLiceo Scientifico Marconi di Carrara che ha brillantementevinto


Uno degli obiettivi più importanti delleaziende di oggi è certamente quello difornire prodotti e servizi di sempre mi-gliore qualità: la globalizzazione deimercati e la competizione sempre piùspinta hanno fatto si che la cosiddetta“customer satisfaction” goda oggi di unpeso molto importante nelle scelte stra-tegiche di molte aziende.Negli ultimi decenni sono nate numero-se discipline e metodologie - alcune del-le quali pensate per contesti industrialimolto specifici, altre di più ampio respi-ro - tutte con l’obiettivo principale dimigliorare la qualità dei prodotti ridu-cendo i costi. Una di queste prende ilnome di “Sei Sigma” ed è una metodo-logia che ha riscosso un grande succes-so a causa della sua relativa semplicitàdi implementazione e alla sua ben docu-mentata efficacia.

L’obiettivo principale del Sei Sigma èquello di individuare e minimizzare levariazioni attorno al valore ottimale del-le prestazioni desiderate di un prodottoo di un processo. Per fare questo è ne-cessario un monitoraggio attento e unaconseguente analisi statistica dei datiraccolti.

In questo articolo si mostra comemodeFRONTIER® possa essere utilizzatoper gestire in maniera semplice ed effi-cace questo tipo di situazioni, consen-tendo all’utente di giungere a conclusio-ni importanti in breve tempo.

One of the most important concerns ofmodern companies is the production ofhigh quality products and services.With the globalization of markets andthe ever-growing competition,

customer satisfaction has become oneof the key issues for success.

Series of disciplines, tailored tospecific industrial contexts, andmethodologies, with a wide andgeneral applicability, have beendeveloped in the last decades inefforts to improve product qualitywhile reducing both costs and time. SixSigma is certainly one of them; it hasgained a wide popularity thanks to itseasy applicability and the considerableresults in money and time savingsreported by the companies whichadopted it.

The Six Sigma methodology is mainlybased on the simple consideration thatall the processes and products whichare implemented or produced in anindustrial context are alwayscharacterized by some variationsaround a desired optimal value. Thereal performances of a process or thequality of a product could be, in thereal world, substantially different fromthe expected ones, from a design pointof view, leading to low quality andcustomer dissatisfaction. The aim ofSix Sigma is to eliminate defects and

Data analysis in a Six Sigma contextwith modeFRONTIER®

Figure 1: External data can be easily loaded and organized in modeFRONTIER® thanks to a data importwizard.

Figure 2: Multi-history plots allow the user to monitor variations over time and discover relations between series.


waste, measuring and reducingvariations, which become the mostimportant enemy to fight with, in theeffort to improve quality.

One of the most important ingredientsof the success of Six Sigma is thesystematic adoption through thecompany, at different levels, of simplebut efficient data measuring andanalyses.

In this article we present a simpleindustrial case where some data areanalysed using the Designs Space ofmodeFRONTIER®. During the measurephase of the Six Sigma DMAIC approachthe number of defects (discards) ofsome production lines have beencollected in a spreadsheet (e.g. Excel).

The main objectives are now to showhow it is possible to1. monitor the behavior of discards of

the production lines over time,2. use different graphical tools to

compare data,3. find out if there is any relation bet-

ween the series,4. perform an analysis of variance

(ANOVA) on some series, whichrepresent the usual steps that a SixSigma practitioner should perform.

In modeFRONTIER®, it is possible toload external databases following astep by step wizard. With a few mouseclicks the number of defects per weekof a certain number of production lines

can be loaded and organized. It isactually possible to add new columnscontaining additional information,such as the total number and the

average number of the defects perweek.

In modeFRONTIER®, the user can find aseries of graphical tools to representdata. It is important to remember thatthe combined use of different tools canhelp the user to improve the knowledgeof the database, finding out relationsbetween data and discovering trends.For example, it is possible tosimultaneously plot all series with amulti-history or a multi-history 3Dchart; this way, one can check ifcommon trends are present betweenseries, compare data to the mean andcheck if there is any “outlier” series. Inthis example, it immediately appearsthat LizT has a different history withrespect to the others.

Another useful tool is the Scatter plot,which can be used for example to plot

Figure 3: The user can visualize the data distribution, compare series and find outliers thanks to theBox-Whiskers.

Figure 4: The Correlation matrix together with the correlation ranking and the multi-history plot can beused to detect linear relations between variables.


the mean and other series over timetogether with the regression line, tounderstand the behavior of the processunder study and try to estimate itsfuture trend.A tool which can provide a goodsynthetic view on the data is the Box-Whiskers. It provides classicalinformation on the distribution of thedata series (mean, standard deviation,etc…), including quartiles, confidenceintervals of the means and outliers.

In this case, it can be seen that someproduction lines have a greatvariability (LizT and JohnB forexample), others though have a lowmean but quite a large variability(HugG and JessR) while another (TomC)has a low mean and variability butsome outliers are present.This graph may suggest furtherinvestigations in order to identify thereasons for unexpected variability ofsome production lines or the presenceof outliers, in an attempt to improvethe quality level.

The correlation matrix can help theuser to find out if any linear relationbetween the variables is present or not.The correlation ranking is useful toimmediately discover the mostimportant relations: in this case, therein an inverse relation between HugGand the variable “Week”. It means thatthe number of discards of the HugGproduction line tends to decrease withthe time.On the contrary there is a strongpositive relation between JackN andLizT.

The Quantile-Quantile (Q-Q) plot isused to check if a data series isnormally distributed. In this example,it can be seen that JackN has a goodprobability to be normally distributed,since its values are very closed to thediagonal of the graph. The Six Sigmamethodology is based on thehypothesis that all the measured dataseries are normally distributed:therefore, it may become mandatory toverify if this assumption is still correctin the case under examination. The Q-Q plot and the histogram with the data

fitting tool should be used for thisobjective.

Looking at the Box-Whiskers mentionedabove, we can note that JohnB, LizTand TomC have very different means(15.833, 30.708 and 14.083respectively) and similar standarddeviations (7.872, 11.188 and 11.279respectively).

One could be interested inunderstanding if, statistically, thedifference in means of these series issignificant or if it is due to randomcauses; in other words, one couldconclude that LizT is worse than theother two lines?The statistical tool which can help theuser to answer this kind of question isthe ANOVA. In modeFRONTIER® theANOVA test can be performed veryeasily:the user has just to choose the dataseries to examine and a reportcontaining all the relevant informationis generated automatically.

Firstly, a verification is made to ensurethat the standard deviations of theseries of data are the same. For thispurpose, the Hartley and Bartlett testsare performed. Then the classicalANOVA table is reported with somesuggestions for interpreting theresults. In order to facilitate the

understanding of data, the Box-Whiskers is plotted, together with theMulti Range Test and the Table ofMeans.

Thanks to the ANOVA report, it ispossible to conclude, with a statistical-based statement, that the LizTproduction line is definitely worse thanthe other two.In a Six Sigma context, this kind ofanalysis often arises; it is reallyimportant to identify if differences indata distributions are due to randomreasons or not.

The use of these graphical andstatistical tools, particularly whenlarge databases have to be considered,can definitely help the user to improvethe knowledge of the processes and tooptimize the same by focusing on realproblems.All the previous steps can beperformed, very easily and fast; thedatabase can be updated when newdata are measured and, in this way, areal-time monitoring of processes ispossible.

For any questions on this article pleaseemail to the author:

Massimiliano MargonariEnginSoft [email protected]

Figure 5: the Q-Q plot can be used to verify if a data series is distributed according to a given theoreti-cal distribution.


Il problema qui descritto consiste nel-l’ottimizzazione di una rete di antennea sette elementi per migliorarne le pre-stazioni irradianti. Lo scopo di questolavoro è quello di testate l’efficacia del-le tecniche di ottimizzazione attualmen-te disponibili con modeFRONTIER®4, be-neficiando anche di alcuni strumenti dipost-processamento interattivi. Una vol-ta descritto il problema da affrontare,considerati i parametri geometrici e gliobiettivi da raggiungere, vengono utiliz-zate particolari tecniche numeriche perla simulazione di apparati ad alte fre-quenze. Il modello viene successivamente sotto-posto al processo di ottimizzazione(MOGT & MOGA-II); ogni configurazioneviene valutata sfruttando la potenza de-gli algoritmi e restituita legando variabi-li e risultati ai diversi obiettivi. Ad oggil’ottimizzazione può essere elaborata,anche per modelli complessi, con tempidi calcolo ragionevoli.

The problem described here concernsthe optimization of a seven elementantenna with the purpose to improveits radiating performance.

The aim of this work is to test theeffectiveness of native, true multi-objective optimization techniques,available today in modeFRONTIER®4, a

ready-to-use multi-objective environ-ment, directly driving CST MWS, thustaking advantage of some usefulinteractive postprocessing tools.

Problem descriptionThe model is a representative elementof an L band feed array which isactually a part of an unfurlable arrayfed reflector antenna typically used forMobile Satellite Services.In the optimization of thefeed element we have changedthe geometrical parameters ofthe input section, includingthe cavity and patchdimensions, and the positionof the patch within the cavity.

Model, ParameterizationStrategies and TargetsIn this study, we consideredeight geometric parameters.It was decided to set 3different objectives:1. Minimization of the Return Loss for

each of the two ports;2. Minimization of the

electromagnetic coupling betweenports;

3. Minimization of the crosspolarization component.

Numerical techniques used in the 3DEM CST MWS code employedCST MICROWAVE STUDIO® (CST MWS) isa tool for the simulation of highfrequency (HF) devices such asantennas, filters, couplers, planar andmulti-layer structures and SI and EMC

effects. Besides the time domainsimulator, which uses proprietaryPERFECT BOUNDARY APPROXIMATION(PBA®) technology, CST MWS offersfrequency domain on hexahedral andtetrahedral meshes, an IntegralEquation solver for large structures,and a fast sparameter solver dedicatedto highly resonant structures.

Multi-objective Optimization concepts and Pareto FrontierMulti-objective means a given numberof functions have to be simultaneouslymaximized or minimized.Hence, in multi-objective optimization,the concept of best design is replaced

Multi-objective optimization for antenna design


by the concept of dominant design.Pareto dominance:

Optimization SetupBefore running the optimization theantenna model is integrated in theselected optimization environment,modeFRONTIER®4.Every single design configuration isevaluated in batch mode in order to letthe optimizer work without humanintervention and fully exploit theadvantages of the optimizationalgorithms. Since the optimization toolprovides a direct interface to the CSTMICROWAVE STUDIO® model, theoptimization variables are directlylinked to the antenna parameters andthe analysis results are extracted andlinked to the optimization targets.

Chosen Optimization strategy: MOGT & MOGA-IISince the response of the system to themodifications of the free parameters isunknown, a twophase optimization iscarried out.In the first phase, the Multi-ObjectiveGame Theory (MOGT) is used in order tohave a fast mapping of the threedimensional Pareto frontier.In the second phase, a Multi-ObjectiveGenetic Algorithm (MOGA II) refinesthe Pareto frontier exploration startingfrom some selected points of the firstoptimization run.

Conclusions• Once the integration of the model

in the optimization environment isdone, all the optimizationcapabilities can be applied toimprove the performance of theantenna.

• The optimization is a full batchprocess.

• Today's multi-core PCs and clustersare able to carry out multi-objective optimization of a complexmodel in reasonable computationaltime.

For more information:M. Poian - [email protected]

S. Poles - [email protected]

E. Leroux - CST [email protected]

W. Steffé - Thales Alenia [email protected]

M. Zolesi - Thales Alenia [email protected]


GERMANY

2-3 July – modeFRONTIER® Academic Training University of Stuttgart **

30 September – 1 October 2008 – 7th LS-DYNA Forum, Bamberg.Visit the EnginSoft booth!EnginSoft, Ing. Marco Perillo, presenting on “Structural dynamicresponse of a track chain complete undercarriage system usinga virtual proving ground approach” www.dynamore.de

22-24 October – ANSYS Conference & 26th CADFEM Users’Meeting 2008. darmstadtium wissenschaft kongresse Darmstadt.Come and visit the EnginSoft booth!EnginSoft, Ing. Fabiano Maggio, presenting on “Multi-bodysimulation and multi-objective optimization applied to VehicleDynamics - In-plane analysis of a motorcycle front suspension”.www.usersmeeting.com

FRANCE AND BELGIUM

EnginSoft France 2008 Journées porte ouverte Dans nos locaux à Paris et dans d’autres villes de France et deBelgique, en collaboration avec nos partenaires, TASS TNOAutomotive France et CETIM.Veuillez contacter Jocelyn Lanusse, [email protected], pourplus d'information, http://www.modefrontier.fr

ITALY

30 June-4 July – ECOMMAS 2008, 5th European Congress onComputational Methods in Applied Sciences and Engineering -Venice. Presentations by ESTECO srl:▪ Radial Basis Functions Performance on Large Scale Problems.

By Enrico Rigoni and Alberto Lovison▪ Bounding the Archive Size in Multi-objective Optimization.

By Danilo Di Stefano and Silvia Poles▪ A genetic algorithm approach for the detection of corrosion in

large-scale structures. By Deolmi G., Marcuzzi F., Silvia Polesand Marinetti S.

▪ modeFRONTIER® framework and its uncertainty capabilitiesin Aeronautics by Carlo Poloni

http://www.iacm-eccomascongress2008.org

22-23 September – modeFRONTIER® Academic Training Politecnico di Milano**

14-15 October - modeFRONTIER® International Users' Meeting2008. Stazione Marittima, TriesteMark your calendars for the bi-annual meeting that provides thebest platform to meet other modeFRONTIER® users and the ESTE-CO development team! http://um08.esteco.it/Extend your stay and move on to nearby Venice for:16-17 October - TCN CAE 2008 International Conference onSimulation Based Engineering. Hotel Laguna Palace di Mestre,Venice. TCN CAE 2008 provides the international forum forresearchers, scientists, engineers, managers dedicated to the

fields of applied computational science and engineering.http://tcncae08.consorziotcn.it

On the same days, and at the same venue, visit the:EnginSoft Conference 2008The largest CAE event in Italy with large accompanyingexhibition featuring latest software and hardware products andvendors from around the world.http://meeting2008.enginsoft.it

SPAIN

2-5 September - Second International Conference onMultidisciplinary Design Optimization and ApplicationsGijon. Visit us at the booth of APERIO Engineering Technology!Presentations:▪ Application of Game Strategy in Multi-Objective Robust

Design Optimization: Applications to Aerodynamic,Structural and System Simulations. By Carlo Poloni -Università di Trieste, Dipartimento di Ingegneria Meccanica,Paolo Geremia - ES.TEC.O. srl, Trieste, Luca Fuligno -EnginSoft SpA, Mattarello, Trento

▪ Multi-Objective and Gradient Based Structural DesignOptimization of an Aircraft Wing. By Melike Nikbay, LeventOncu, Arda Yanangonul, Istanbul Technical University,Faculty of Aerospace and Astronautics.www.asmdo.com/conference2008

CANADA

10-12 Sep 2008 - 12th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysisand Optimization Conference. Fairmont Empress Hotel andVictoria Conference Centre, Victoria, British ColumbiaPresentation: A Multi-disciplinary Code Coupling Approach forParallel Analysis and Optimization of Aeroelastic Systems byMelike Nikbay, Levent Oncu, Ahmet AysanIstanbul Technical University, Faculty of Aerospace andAstronautics. www.aiaa.org/events/mao/

For more information: [email protected]

**Please note: These Courses are for Academic users only. The Coursesprovide Academic Specialists with the fastest route to being fully proficient and productive in the use of modeFRONTIER® for their research activities. The courses combine modeFRONTIER® Fundamentalsand Advanced Optimization Techniques. For more information, pleasecontact Dr. Cristina Ancona, [email protected]

modeFRONTIER® Event Calendar

modeFRONTIER latest News:

TÃœBÄ°TAK-SAGE - Defense Industries Research andDevelopment Institute â “ SAGE in Turkey is now applyingmodeFRONTIER for their research work.FIGES A.S. is EnginSoft's Partner for modeFRONTIER in TurkeyFIGES and EnginSoft are Founding Members of the TechNetAlliance, the Global Network of CAE Experts.

newsletter enginsoft anno 5 n°2 · del comportamento dei materiali ab-braccia tutte le scienze...

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