AS_06_2018

Automazione e Strumentazione Settembre 2018 PACKAGING applicazioni 69 bile. Anche il peso della bottiglia contribuisce alla qualità percepita dal consumatore. Inoltre, le forme delle bottiglie vengono spesso asso- ciate 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 modi- fiche, valutano aspetti estetici soggettivi, ma si affidano a strumenti di ingegneria assoluta- mente oggettivi. “Partiamo da un modello CAD della forma della bottiglia , disegnato 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 simulare le sollecitazioni, abbinato al software Isight per ottimizzare la geometria in modo 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 inte- grati 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 otti- male 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 facilmen- te rompere la botti- glia nel suo punto debole, il fondo. Per ridurre la quantità di materiale impiegato, Brajer e il suo team si sono concentrati sull’analisi ingegne- ristica, cercando di mantenere la resi- stenza meccanica e la solidità della bot- tiglia. Il team ha cominciato ad analizzare la pres- sione partendo da un modello della bottiglia in Abaqus. È stato utilizzato un modello 2D con le caratteristiche del vetro per sfruttare la geo- metria assi-simmetrica della bottiglia e rispar- miare i tempi di calcolo (cfr. Figura 3). 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 que- sto caso nove, a volte di più) che descrivono il fondo della bottiglia (forma interna ed esterna, curvatura e diversi raggi), Abaqus è stato abbi- nato ad Isight. Il team ha potuto così automa- tizzare il flusso di simulazione e apportare modifiche sistematiche ai parametri , calco- lare le sollecitazioni per ogni profilo e, infine, determinare lo stress minimo e la forma otti- male della bottiglia (cfr. Figura 4). “Nel caso della bottiglia di sidro, siamo riusciti a ridurre Figura 2 - Ottimizzando la geometria dei contenitori di vetro, è possibile ridurre il consumo di materie prime e di energia necessarie per la fabbricazione, senza compromettere le caratteristiche meccaniche del prodotto Figura 3 - Questa simulazione della pressione interna di scoppio di una bottiglia di sidro, effettuata con Abaqus FEA, mostra (da sinistra verso destra): generazione della geometria del modello assisimmetrico; applicazione del carico di pressione dell’anidride carbonica e delle condizioni al contorno; meshatura del modello; analisi dei risultati. Nella vista dettagliata del profilo del fondo della bottiglia, il carico della pressione interna è stato ridotto da max 30 MPa nella bottiglia originale a max 25 MPa nella versione modificata/ottimizzata (a destra)