Benché la simulazione fisica richieda sempre la prova fisica, la differenza chiave è che nella simulazione fisica (physical simulation) si cerca di riprodurre in laboratorio i reali processi termici e meccanici a cui viene sottoposto un materiale durante la produzione. La simulazione fisica consente di replicare i processi metallurgici, sviluppare nuovi materiali o simulare condizioni reali in laboratorio per generare dati utili a risolvere problematiche reali.
Per esempio, è abbastanza facile riscaldare un provino metallurgico a una temperatura uniforme in un forno, quindi comprimerlo per misurarne la deformazione. Questa è una prova fisica e, se eseguita correttamente, produce risultati replicabili.
Ma se il ricercatore vuole analizzare i cambiamenti nella microstruttura e delle proprietà di un materiale derivate da un nuovo processo produttivo o se vuole modellare quel processo in modo da comprenderlo o migliorarlo, allora è necessario effettuare una simulazione fisica dello stesso.
Prendendo un esempio pratico, se l'obiettivo del ricercatore è quello di capire come regolare un laminatoio per una nuova lega, sono necessarie più informazioni rispetto a quelle prodotte da una prova meccanica. Chiunque abbia mai osservato la laminazione dell'acciaio avrà notato che i bordi della lastra sono più scuri del centro e che gli angoli lo sono ancora di più. Questo perché i bordi e gli angoli della lastra si raffreddano più velocemente rispetto alla sezione centrale. Di conseguenza, la lastra non è ad una temperatura uniforme e presenta differenti gradienti termici tra le porzioni più calde e quelle più fredde. I gradienti termici sono presenti in ogni processo di riscaldamento e raffreddamento e fanno quindi parte di molti processi di produzione dei metalli. La ricerca ha dimostrato che i gradienti termici influiscono sulla duttilità e quindi sulla lavorabilità del materiale. L'attento ricercatore, quindi, effettuerà una simulazione di questi gradienti e altri fattori allo scopo di raccogliere tutte le informazioni necessarie per migliorare con successo il processo produttivo.
Spesso la simulazione fisica termo-meccanica viene effettuata tramite una serie di passaggi: un test per simulare l'angolo della lastra, un altro per replicare parte del bordo e infine uno per la sezione più interna. I dati possono quindi essere ricollegati tra loro per formare un accurato modello predittivo utilizzato per regolare i parametri operativi nel laminatoio.
Ma quali sono i vantaggi derivati dalla simulazione fisica:
- Costi inferiori - Riduzione dei costi di sviluppo, di processo e energetici
- Ottimizzazione dei processi produttivi - Sviluppo di nuove procedure e risoluzione di problematiche
- Ottimizzazione materiali - Sviluppo di nuovi materiali e applicazioni
- Aumenta la produzione - Riduci gli scarti e massimizza la produzione e l’efficienza
- Sviluppo del prodotto più rapido - Riduce il time to market e le spese di ricerca e sviluppo
- Miglioramento della qualità del prodotto - Migliora la resistenza e la qualità del prodotto
