a minimizzare il consumo di materiali ed energia” afferma Bra-
jer “assicurandoci al tempo stesso che le bottiglie abbiano pro-
prietà meccaniche tali da garantirne la massima durata”.
Le bottiglie di vetro vengono prodotte con quattro sostanze fa-
cilmente accessibili: silice o sabbia, ceneri di soda, pietra calca-
rea e rottame di vetro (vetro riciclato). Vengono aggiunti anche
coloranti, con tinte selezionate a seconda del tipo di bevande e
delle indicazioni del cliente. Una bottiglia di vino vuota da 750
millilitri pesa circa 500 g (alcune scendono fino a 300 g), pari al
30-40% del peso complessivo della bottiglia piena. Una botti-
glia di champagne, invece, pesa circa il doppio. Per le bevande
frizzanti servono contenitori più pesanti con pareti più spesse a
causa della pressione prodotta dall’anidride carbonica, che può
arrivare a oltre 6 bar, circa il triplo di un normale pneumatico
per auto. Lo champagne produce la pressione gassosa più alta
fra tutte le bevande, ma qualsiasi bibita gassata (come sidro,
soda e altri vini frizzanti) sottopone il vetro a sollecitazioni che
devono essere valutate con estrema cura quando si progettano
bottiglie più leggere.
Ottimizzare forma e resistenza con la
simulazione
Nonostante esistano contenitori per bevande di qualsiasi
forma, dimensione e colore, il profilo di una bottiglia di cham-
pagne resta inconfondibile. Anche il peso della bottiglia contri-
buisce alla qualità percepita dal consumatore. Inoltre, le forme
delle bottiglie vengono spesso associate a bevande o marchi
specifici. Pertanto, cambiare la forma di una bottiglia per ridurre
il peso o il consumo di materiali può essere molto delicato. Con
queste premesse, quando Brajer e il suo team di R&S devono
apportare modifiche, valutano aspetti estetici soggettivi, ma
si affidano a strumenti di ingegneria assolutamente oggettivi.
“Partiamo da un modello CAD della forma della bottiglia, dise-
gnato dall’ufficio di progettazione di Verallia in accordo con il
cliente” racconta Brajer “poi proviamo ad alleggerire la bottiglia,
utilizzando l’analisi a elementi finiti (FEA) di Abaqus per simu-
lare le sollecitazioni, abbinato al software Isight per ottimizzare
la geometria inmodo tale che il contenitore possa resistere alla
pressione senza cedere”. Saint-Gobain utilizza Abaqus da circa
15 anni e ha cominciato a usare Isight per i flussi di simulazione
automatizzati e integrati circa due anni fa. “Questi due software
interagiscono facilmente e ci consentono di effettuare una serie
di calcoli, risparmiando tempo e guidandoci verso la geometria
ottimale della bottiglia” aggiunge Brajer. In un’analisi recente, il
team di ricerca di Saint-Gobain ha testato una versione leggera
di una bottiglia per sidro. Come lo champagne, questa bevanda
alcolica frizzante genera un carico di pressione interna che può
facilmente rompere la bottiglia nel suo punto debole, il fondo.
Per ridurre la quantità di materiale impiegato, Brajer e il suo
team si sono concentrati sull’analisi ingegneristica, cercando
di mantenere la resistenza meccanica e la solidità della botti-
glia. Il team ha cominciato ad analizzare la pressione partendo
da un modello della bottiglia in Abaqus. È stato utilizzato un
modello 2D con le caratteristiche del vetro per sfruttare la ge-
ometria asimmetrica della bottiglia e risparmiare i tempi di cal-
colo. Quindi è stata generata la mesh del modello e sono state
applicate le condizioni al contorno e i carichi. Per ottimizzare i
parametri geometrici (in questo caso nove, a volte di più) che
descrivono il fondo della bottiglia (forma interna ed esterna,
curvatura e diversi raggi), Abaqus è stato abbinato a Isight. Il
