Sviluppo di una metodologia CAE per il trasporto banconota in una macchina per l’automazione bancaria = Development of a CAE methodology for the transport of banknotes in a banking automation machine

La presente attività di tesi è stata svolta presso l’azienda Arca Technologies S.r.l., situata a Bollengo (TO), leader nella progettazione di macchine automatiche per la gestione del contante. L’obiettivo della tesi è lo sviluppo di una metodologia CAE per il trasporto delle banconote in queste macchine e le ragioni per cui è stato svolto questo lavoro si collegano agli usuali vantaggi della simulazione. Una volta sviluppata una metodologia efficace, infatti, è possibile simulare il trasporto banconota in diverse soluzioni costruttive, senza avere fisicamente dei prototipi, riducendo così costi e tempi di sviluppo. Si può studiare il comportamento della banconota al microsecondo, cosa non possibile con l’utilizzo di videocamere dato che è difficile posizionarle in macchina. L’approccio numerico, poi, consente di comprendere meglio i fenomeni alla base del trasporto carta, consentendo di regolare alcuni parametri, come l’attrito, per ottimizzare il meccanismo di trasporto. Lo strumento CAE può quindi fare da guida all’intero processo di sviluppo della macchina. Per simulare il trasporto banconota è stato scelto un approccio MultiBody e sono stati utilizzati i software MotionView, per la fase di pre-processing, e MotionSolve, come solutore; entrambi della società Altair Engingeering Inc. Le due attività principali sono la modellazione della banconota, intesa come corpo flessibile non lineare, e dei contatti. Per la banconota sono stati studiati prima i due approcci implementati nel software per modellare i corpi flessibili, ovvero la condensazione dinamica di Craig-Bampton per corpi lineari e l’approccio NLFE (Non Linear Finite Element) per corpi non lineari. È stato poi sviluppato da zero un terzo approccio che prevede la scomposizione della banconota in corpi rigidi, collegati da molle e giunti. Quest’ultima tecnica, quindi, prevede il trasferimento della proprietà di flessibilità del materiale dal corpo agli elementi di collegamento, e si è rivelata la migliore perché consente di avere il completo controllo sul modello. Permette di variare parametri come la dimensione della banconota o i coefficienti di attrito in aree specifiche, e di modellare un materiale non lineare assegnando le curve desiderate alle rigidezze delle molle. Per quanto riguarda la modellazione dei contatti sono stati studiati due metodi: uno riguarda il contatto di un corpo flessibile e un corpo rigido/flessibile, e l’altro riguarda il contatto tra soli corpi rigidi. Il primo approccio modella il contatto tra una superficie deformabile, attaccata al corpo ‘Banconota’, e una sfera posizionata sull’altro corpo a contatto. È necessario definire le sfere in diversi punti; queste penetrano la superficie deformabile facendo nascere le forze di contatto. Nel secondo approccio, invece, il contatto avviene quando le geometrie di due corpi rigidi si compenetrano, innescando la nascita di una forza repulsiva in direzione normale che tende a respingerli e una forza di attrito tangenziale che si oppone al moto. La creazione del modello ‘Banconota', scomposta in corpi rigidi, è stata resa possibile grazie al Model Definition Language (MDL), per quanto riguarda la creazione delle entità del modello MultiBody, e il linguaggio di programmazione Python, per automatizzare la procedura. Infine, i modelli sono stati validati prima in alcuni sistemi di trasporto semplificati, costituiti da coppie di rulli e contro-rulli e poi in un’applicazione reale rappresentata dallo sfogliatore della macchina.