Simulação por elementos finitos na Prática - Parte 1 - Clube do Projetista
Mas e quando há inúmeras variáveis?
A saída seria fabricar uma grande quantidade de protótipos até encontrar o modelo ideal, utilizando o método de "tentativa e erro". Contudo, este processo poderá tornar o projeto extremamente caro e demorado até que uma solução adequada seja encontrada.
Neste artigo aprenderemos como aproveitar ao máximo programas de análise por elementos finitos, automatizando o processo de otimização.
O material está dividido em duas partes, sendo:
"Parte 1" estudaremos o problema;
"Parte 2" estudaremos o passo-a-passo para automatizar o estudo;
E neste artigo vamos tratar da Primeira parte.
Então continue lendo e descubra como softwares de elementos finitos podem ajudar na redução de custos para seu projeto.
Programas de simulação podem sem dúvida nos ajudar neste processo, reduzindo tempo e dinheiro. Em especial, o método dos elementos finitos é uma forma eficiente e relativamente barata para trabalharmos, mas nem todos os profissionais sabem como torná-lo ainda mais eficiente.
Portanto se você deseja aprender como eu reduzi com eficiência de 60% o número de protótipos inúteis em meus projetos utilizando a simulação por elementos finitos, siga atentamente as dicas deste artigo.
Mas é óbvio que para isso temos de conhecer a ferramenta e o conceito! Caso contrário o profissional será um mero apertador de botões (profissional que eu, carinhosamente, chamo de NNFs ou "next next finish", não seja um NNF!).
Para dar cara ao nosso artigo tomaremos como exemplo um sistema de virabrequim e biela conforme mostrado na Figura 2 (também conhecido como eixo e manivela), do mesmo tipo utilizado em motores a combustão interna e bombas de pistão.
Independentemente do tipo de utilização (motor ou bomba), o elo de ligação entre o virabrequim e pistão é a biela, que será o componente de estudo deste artigo. Iremos dimensioná-la para a melhor condição com o menor custo possível.
A versão do programa utilizada neste artigo é a Solidworks Simulation Premium 2016. Caso você queira fazer o download dos arquivos para estudo basta preencher o formulário abaixo.
Aqui na Tabela 1 você encontrará os recursos disponíveis para cada versão do programa na versão 2016. Mesmo que você não possua o mesmo pacote do programa que utilizamos, saiba que é possível realizar várias análises de cenários diferentes, já com o pacote básico (porém não a que demonstraremos aqui).
Vários sensores estão disponíveis para o uso em Estudos de Projeto, dependendo da licença do SolidWorks que você tem e se você está executando um estudo de Avaliação ou de Otimização. Entenda a diferença entre as duas opções:
O principal objetivo é comparar diferenças entre várias configurações, como por exemplo a massa de um modelo com diferentes dimensões de largura, altura, comprimento, raios, materiais, tratamento térmico, etc. Mas o programa não irá buscar melhorias, os valores devem ser verificados totalmente pelo usuário.
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Na otimização, além de especificar valores discretos para cada variável, é possível também determinar intervalos de valores. Além disso o software executa interações dos valores e gera relatórios sobre a combinação ótima de valores para atingir a meta que você especificou.
Para o modelo da Figura 3 acima, especifique um intervalo de 75 mm a 150 mm para o comprimento (L); os valores discretos 30 mm, 55 mm e 80 mm para a altura (H); e um intervalo de 10 mm a 20 mm para o raio (R). Como restrição, especifique um sensor de Volume que mantém o volume do corpo líquido entre 299.000 mm³ e 301.000 mm³. Como meta, podemos por exemplo utilizar um sensor para especificar a otimização da massa da garrafa. O Estudo de Projeto itera os valores especificados para L, H, R e Volume e informa a combinação ideal que produz a massa mínima.
Tomamos o cuidado de utilizar malha de boa qualidade em descontinuidades geométricas e nos locais de interesse. Por outro lado, os locais de menor importância, o tamanho do elemento foi muito maior. Esse tipo de cuidado é importante para garantir resultados concisos sem gerar dúvida ao mesmo tempo que permitimos uma maior rapidez na conclusão dos cálculos onde os resultados não são relevantes.
É importante notar neste tipo de análise que o modelo será alterado pelo próprio programa, ou seja, a malha será modificada em cada interação, e dessa forma é preciso levar em conta esta nova geometria do modelo para que ao se alterar a forma da malha sem perder a qualidade.
Por tratar-se de uma análise estática, a velocidade de rotação do virabrequim não interfere no resultado e por isso não foi especificado nas definições de contorno.
A tensão máxima admissível especificada para este projeto será na ordem de 35Mpa. ATENÇÃO! As tensões geradas no virabrequim e pistão serão ignoradas uma vez que utilizamos malha rígida nestes componentes.
Neste momento o profissional terá várias alternativas em suas mãos, como alterar o material, reduzir os carregamentos ou alterar as dimensões do nosso modelo. Para o nosso estudo escolhemos por alterar três dimensões sendo: Largura, Ângulo e Espessura. Os valores iniciais dessas medidas assim como a sua localização estão demonstradas em vermelho na Figura 8.
Para o nosso projeto iremos variar a Espessura de 30mm até 40mm com intervalos de 2 em 2 milímetros, a Largura de 30mm até 40mm com intervalos de 5 em 5 milímetros por fim o Ângulo de abertura da Biela de 12° até 16° com intervalos de 2 em 2 graus.
O próximo passo será criar o estudo de otimização ou "Estudo de Projeto" utilizando o Solidworks Simulation, não deixe de conferir a Parte 2 deste artigo que tratará o passo-a-passo deste método.
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Vejo vocês na Parte 2…
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Jacson Filho
por disponibilizar estes conteúdos de ótima qualidade. Estão me dando um ótimo direcionamento para os estudos. Obrigado.
Fico feliz que tenha sido util Jacson, já está disponível a Parte dois neste link http://www.clubedoprojetista.com.br/simulacao-por-elementos-finitos-parte2/
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