Ho fatto creare una simulazione FEM a un’intelligenza artificiale. Ecco com’è andata

Nota: queste righe e le parti tra parentesi sono le uniche parole scritte direttamente da me, tutto il resto è stato scritto da Claude Opus 5.5 e da me lievemente rieditato. Tutto quello che ha scritto corrisponde alla realtà degli avvenimenti, magari incensata da un filo di enfasi californiana ma, daltronde, è li che i motori LLM hanno fatto training.

Ultimamente ho realizzato una simulazione agli elementi finiti (FEM) di una carpenteria: circa 13 tonnellate di acciaio, con un corpo cilindrico, due gambe posteriori su snodi sferici, due cavalletti anteriori e quattro golfari di sollevamento. Il modello non l’ho costruito io a mano. L’ha costruito, lanciato e verificato un’intelligenza artificiale (AI), Claude Opus 5.5 di Anthropic, collegata a PrePoMax 3.0 RC2 sulla mia workstation. Io ho fatto il direttore dei lavori: ho dato le specifiche, ho guardato ogni passaggio e ho preso le decisioni. Racconto come è andata, compresi gli errori, perché sono la parte più istruttiva.

L’AI guida PrePoMax, il modello resta mio

PrePoMax 3 (totalmente free https://prepomax.fs.um.si/) ha un’interfaccia di programmazione in Python e un server di automazione. Un assistente AI può quindi comandare il programma come farei io dal mouse. Importa il modello 3D in formato STEP, crea materiali, mesh, vincoli e carichi, lancia il solutore CalculiX e legge i risultati. Ogni operazione finisce nella cronologia dei comandi. Il file .pmx che ricevo alla fine è un normale modello PrePoMax: lo apro, cambio una dimensione di mesh o un vincolo e lo rilancio senza dipendere dall’AI.

Su questo progetto l’AI ha riconosciuto le 32 parti del modello 3D da volume e baricentro e ha riparato gli spigoli sotto 0,2 mm nelle saldature, dove il meshatore si bloccava. Poi ha fuso i sottoassiemi saldati e ha generato una mesh di tetraedri del secondo ordine: 1,68 milioni di nodi, quasi 5 milioni di equazioni, 4 mm sui rialzi dei golfari (per questo modello la mesh è importante sia fine solo in alcuni punti, non è stato necessario passare a modelli più grandi). Il calcolo completo gira in circa 7 minuti.

Mesh del modello di calcolo: tetraedri del secondo ordine, raffittiti a 4 mm sui rialzi dei golfari

Le condizioni al contorno le decide l’uomo

Qui il lavoro è stato un dialogo. Il gancio sulla verticale del baricentro, il ritegno laterale sul foro più basso della flangia, la scelta di bloccare o liberare la direzione longitudinale: sono tutte decisioni mie. L’AI le traduceva nel modello e me le mostrava in PrePoMax prima di lanciare. Per il sollevamento l’AI ha proposto sei vincoli isostatici, il minimo che toglie i moti rigidi. Se i carichi delle brache sono in equilibrio con il peso, le reazioni lì devono essere quasi nulle, e l’AI le controlla dopo ogni calcolo. Nel modello finale valgono 0,3 kN su 328 kN sollevati.

Sollevamento: i quattro corpi rigidi dai fori dei golfari al gancio (linee gialle), le forze delle brache e i vincoli isostatici

La verifica è la parte che vale di più

Un programma FEM può sbagliare in silenzio, e un’AI che si fida del primo risultato sbaglia con lui. Su questo progetto i controlli di equilibrio hanno trovato tre problemi seri prima che arrivassero in relazione.

Il primo. Un accoppiamento distribuito su un foro filettato con 1659 nodi trasmetteva componenti di carico sbagliate senza nessun avviso: sul golfare arrivavano 193 kN verticali invece del vettore della braca, e le reazioni isostatiche segnavano 78,7 kN invece di zero. L’AI l’ha visto dalle reazioni e l’ha sostituito con un corpo rigido. Il secondo. In un calcolo il solutore, a corto di memoria, ha scritto risultati tutti nulli per il sollevamento, sempre senza errori nel registro. Da allora ogni calcolo viene controllato anche su questo. Il terzo. Le gambe posteriori, bielle con una sfera a ogni estremo, potevano ruotare liberamente attorno al proprio asse. Il buckling dava fattori di carico di 5,9: un meccanismo, non un’instabilità vera. Una molla nel punto giusto ha riportato il primo fattore a 514.

Sollevamento con fattore dinamico 2: tensione di von Mises sul rialzo del golfare posteriore, legenda tagliata a 150 MPa

L’AI ha trovato un difetto nel modello 3D che io non vedevo

Il caso più interessante è arrivato alla fine. Sull’appoggio la deformata non era simmetrica e le reazioni ai piedi nemmeno: 5 kN in più sul piede posteriore di un lato e 5 kN in più sull’anteriore dell’altro, uno schema a diagonale. Io sospettavo due barre interne collegate male al mantello. L’AI ha verificato. Le barre in effetti entravano di 3 mm nel mantello senza esserci collegate, e fondendole il collegamento è diventato corretto. Ma le reazioni non sono cambiate di un decimo.

Allora l’AI ha confrontato ogni faccia del corpo con la sua gemella speculare. Il rialzo su cui si avvita la gamba posteriore di un lato era lungo 403 mm, quello dell’altro lato 318 mm, e il primo aveva due fori in più. Sotto la piastra non si vede. Ho accorciato il rialzo nel modello 3D, l’AI ha rifatto il modello e rilanciato: la differenza tra i due piedi posteriori è scesa da 4,9 a 0,8 kN. Una controprova numerica, non un’impressione.

(in realtà non ero convinto del fatto che la deformata non fosse simmetrica e sospettavo un problema di mesh e ho chiesto a Claude di indagare, la realtà è che una piccola differenza costruttiva determina una visibile asimmetria della deformata. Claude ha realmente trovato questa asimmetria nel 3d)

Il rialzo posteriore del lato +Z (sopra) è 85 mm più lungo di quello del lato −Z (sotto) e ha due fori in più. È la causa principale dell’asimmetria

Cosa cambia per chi progetta

L’AI non sostituisce l’ingegnere. Anche lei sbaglia: a un certo punto mi aveva detto che le barre interne c’erano solo da un lato, e si è corretta solo dopo aver misurato la geometria. La differenza la fanno la velocità e la sistematicità dei controlli. Dallo STEP alla relazione, con tre casi di carico, verifiche dei bulloni secondo l’Eurocodice 3 (EN 1993-1-8), buckling e un difetto del modello 3D trovato per strada, sono servite due giornate di lavoro. Il risultato è un modello PrePoMax che posso aprire e modificare, non una scatola nera.

Il punto per me è questo. Le decisioni di progetto, i vincoli reali e il giudizio sui risultati restano dell’ingegnere. La parte ripetitiva la fa la macchina, e la fa sempre allo stesso modo: selezioni, mesh, impostazioni, controlli di equilibrio, immagini da tre angolazioni. Se state valutando una struttura saldata, una carpenteria pesante o un’attrezzatura di sollevamento e volete capire se questo metodo fa al caso vostro, scrivetemi. Rispondo entro 24 ore.

Appoggio sui sei piedi: tensione di von Mises in scala reale di deformazione

(in sintesi, i vantaggi della AI:

possibilità di utilizzare software free: per anni il problema principale di calculix o di salome meca è sempre stata l’interfaccia legnosa, non la qualità numerica dei risultati. Adesso basta un prompt fatto bene per spiegare cosa vuoi, non serve saper navigare tra i menù pensati da un ricercatore di una oscura università belga.

velocità: se un calcolo è da rifare, gli do il nuovo 3d e lei reimposta tutto senza sbagliare.

mesh: si sbatte lei tutti i problemi di mesh e trova le soluzioni per ottenere una bella mesh.

relazione automatica: fa le immagini, impagina, scrive tabelle e testo, il testo è da rivedere ma il tempo risparmiato è tanto

Gli svantaggi

sbaglia in modi molto creativi: bisogna avere occhi ovunque, inserisce errori strani che nessun umano farebbe, mentre però trova gli errori umani (una condizione al contorno dimenticata, un valore non coerente.

la geometria è ancora da riparare a mano su cad

cosa e come simulare è ancora (fortunatamente) incarico dell’umano dietro la tastiera.