Materiali, vincoli e carichi
I vincoli sono stati simulati collegando a terra tutti i nodi della superficie inferiore dell’attuatore, situati in posizione opposta a quella di impatto. Il carico, in riferimento alla normativa utilizzata, è fornito da un corpo impattante di forma cilindrica con diametro 100 mm, in moto rettilineo con velocità iniziale 4,5 m/s e con massa 1.000 kg; in queste condizioni l’oggetto è fornito di un’energia cinetica iniziale uguale a 10,1 kJ. Tra le differenti tipologie di impatto possibili, che coinvolgono il punto di contatto tra il corpo impattante e la valvola, è stato scelto un impatto con valvola montata in verticale, oggetto impattante anch’esso in moto verticale rettilineo, e contatto in corrispondenza della apertura di accesso dell’attuatore. Sono state considerate due analisi separate, modificando la traiettoria del corpo impattante: traiettoria rettilinea imposta al corpo impattante; traiettoria libera del corpo impattante. Nel primo caso di simulazione, la traiettoria rettilinea del corpo è stata vincolata anche successivamente all’impatto, ottenendo una simulazione fortemente conservativa ma poco realistica; nel secondo caso, la traiettoria del corpo è lasciata libera di modificarsi in seguito all’interazione con l’attuatore, con risultati maggiormente realistici.
Caratteristiche della simulazione
La simulazione dell’impatto, con le quantità di energia cinetica in gioco, produce deformazioni plastiche rilevanti nelle zone di contatto, con necessità di definire un criterio di cedimento per il materiale; come parametro di riferimento per il cedimento è stato preso il Peeq (Equivalent plastic strain), ossia la deformazione plastica equivalente del materiale secondo il criterio di Von Mises. Il cedimento del materiale viene raggiunto quando viene superato il valore di Peeq imposto per il materiale in oggetto, nel qual caso l’elemento in cedimento viene eliminato dall’analisi e non considerato nei successivi incrementi temporali, ossia quando la sommatoria della deformazione plastica equivalente accumulata nell’elemento raggiunge il valore caratteristico del cedimento (considerato uguale all’allungamento a rottura del materiale Af) l’elemento raggiunge il cedimento e viene cancellato.
Risultati dell’analisi
Il tempo di calcolo, a causa della forte non linearità dell’analisi (geometria, materiale, contatti), è particolarmente elevato, e richiede una notevole potenza di calcolo disponibile; per l’analisi in questione è stato utilizzato un computer HP SuperDome 64 750 MHz con 64 processori PA8700 di potenza 750 MHz, memoria RAM 64 GB, con un tempo complessivo di calcolo di circa 40 ore.
Traiettoria vincolata
La zona dell’attuatore interessata dall’impatto subisce deformazioni plastiche rilevanti, con ripiegamento parziale e interazione non danneggiante con l’alberino dell’attuatore, che rappresenta un elemento fondamentale per il funzionamento della valvola. Nell’immagine riportata di seguito è evidenziato l’andamento dell’energia cinetica, nel quale si può distinguere una prima fase dell’impatto, con forti riduzioni di velocità del corpo impattante e trasferimento dell’energia in deformazione plastica accumulata nel corpo, ed una seconda fase successiva allo strappo del labbro superiore del ROV, che torna a impattare contro il corpo attuatore, dissipando la restante energia cinetica fino al rimbalzo del corpo impattante. Nelle successive immagini, sono riportati gli sforzi di confronto sulla struttura deformata durante la progressione dell’analisi, che ha comportato un tempo totale della simulazione di 80 ms; le immagini permettono di valutare la progressione del cedimento strutturale, non provocano perdite di funzionalità della valvola.
Traiettoria libera
È riportata una sequenza di immagini degli sforzi di confronto della struttura durante la sequenza temporale, nella quale si individua il cedimento del ROV, permanendo però integra la funzionalità dell’attuatore; in particolare si può distinguere anche in questo caso la prima fase, durante la quale il corpo impattante urta contro l’attuatore e una seconda fase, nella quale il corpo impattante, libero di ruotare, schiaccia il labbro del ROV contro il corpo attuatore. A differenza del caso precedente (corpo impattante vincolato ad una traiettoria rettilinea), il caso di traiettoria libera è meno sollecitante per la struttura ma corrisponde ad una situazione più realistica.