Um projeto de simulação estrutural consiste em simular a estrutura de um componente mecânico ou mecanismo para entender seu comportamento em sua aplicação. Normalmente, estudamos seu comportamento frente a esforços mecânicos aos quais ele será exposto na prática.
A simulação estrutural consiste em um teste computacional de viabilidade, funcionalidade e efetividade de um produto sobre determinadas circunstâncias mecânicas. Ou seja, conseguimos simular como um determinado corpo se comportaria ao ser submetido a impacto, desgaste e/ou a uma força.
Com isso, conseguimos averiguar com exatidão como o produto em questão se comportaria na prática e asseguramos que esteja otimizado e funcional. Tudo isso sem gastar com testes e protótipos. Essa otimização e comprovação de efetividade pode tornar o produto mais competitivo e negociações mais assertivas – além de evitar desperdícios, superdimensionamentos e falhas por erros de projeto.
Projetos de simulação estrutural são, portanto, indispensáveis para comprovar e averiguar a segurança de um produto e para garantir otimização e funcionalidade sem gastar necessariamente com testes e protótipos.
Como são feitas as simulações estruturais
Para realizar tais simulações, utiliza-se o método dos elementos finitos.
Nesse método, o próprio software de simulação divide a peça ou mecanismo em pedaços menores. Assim, o programa testa isoladamente cada um desses pedaços menores, simplificando, portanto, a simulação e tornando-a mais fiel à realidade.
Analogamente, se simulássemos a muralha de um castelo, cada pedra que a compõe seria uma dessas partes menores. Assim, simularíamos o comportamento de cada pedra a fim de entender como a muralha inteira se comporta por toda sua extensão com precisão.
Primeiros passos
Para realizar projetos de simulação estrutural, algumas informações básicas são necessárias:
- Qual informação quero extrair dessa simulação;
- Qual será a aplicação dos resultados da simulação;
- Quais outras variáveis influenciam aquela que se deseja determinar.
Um projeto de simulação pode extrair diferentes informações, como se o componente aguenta ou não os esforços que precisa aguentar, qual o material mais adequado para ele, ou quais as medidas, tais quais espessura ou comprimento, que ele precisa ter.
Ou seja, deseja-se saber se a muralha projetada resistiria bem a ataques inimigos ou qual a espessura ela deve ter para desempenhar bem sua função?
O que você gostaria averiguar com um projeto de simulação estrutural?
O que você deseja com esse projeto? Tornar seu produto mais competitivo? Alterar o material que o constitui? Apresentar provas de eficácia que facilitem a comercialização do produto final?
A aplicação das informações é também relevante no desenvolvimento do projeto. Isso porque a análise a ser realizada pela consultoria é diferente para cada aplicação.
Por exemplo, se a intenção do projeto é comprovar a segurança que a muralha proporciona e mostrar que sua construção é viável, simular e apresentar dados condizentes seria suficiente.
Já se a intenção é definir a melhor geometria para evitar invasões inimigas, mais de uma simulação deveria ser feita para averiguar como a muralha deveria ser melhor projetada, comparando diferentes alturas, larguras, espessuras etc.
A consultoria contratada precisa realizar o estudo de como esse componente funciona e quais são os esforços aos quais está submetido. Identifica-se a análise necessária a partir da aplicação do componente e de quais são as informações desejadas.
Cada projeto de simulação estrutural é, portanto, único e adequado especificamente às necessidades de cada cliente.
Simulação
Para efetuar a simulação, é necessário um software específico de simulação estrutural. O mais comumente utilizado é o Ansys. Primeiramente, a simulação necessita da modelagem CAD.
Estando disponíveis os modelos CAD, será necessário informar ao software de simulação o material da peça – mesmo se ele não estiver definido.
Para determinar o material mais adequado, simula-se a mesma peça com cada material considerado. Assim, obtém-se comparativamente qual o mais adequado.
O próximo passo é aplicar a malha à peça. Malha é a divisão da peça em pedaços menores. Quanto menor essas divisões, mais fina é a malha e mais fidedigno será o resultado da simulação.
A malha é responsável também por tornar a simulação lenta, então a definição da malha depende do grau de precisão necessário e capacidade de processamento do computador.
Chamamos de condições de contorno as partes de fixação e regiões imóveis da peça. Nessas relações, especifica-se o contato entre outras peças. Ademais, informa-se quais partes da peça serão fixas na simulação e quais as cargas e esforços aos quais ela será submetida.
Toda simulação precisa ter uma face fixa, pelo menos, que servirá de referência. Se for uma peça única, por exemplo, ela pode estar encostada em outra peça que a impede de ser alongada, por exemplo. Se um componente será posicionado no chão, precisamos informar isso ao software, para que a simulação então possa ser realizada.
Em seguida, é necessário informar ao software quais informações gostaríamos de obter, como coeficiente de segurança, tensão máxima etc. É possível também simular a dinâmica do componente, o que revela o comportamento de vibrações e evita ressonância, que interfere negativamente no funcionamento do componente.
Então, pode-se iniciar a simulação em si.
Análise de coeficiente de segurança
Análise de tensão
Conclusões e análise
Por fim, analisa-se os resultados fornecidos anteriormente, como valores máximos e mínimos, deformação, tensão, deformação da peça em vídeo etc. Todos esses parâmetros são comparados a dados analíticos e ao comportamento esperado do componente.
Assim, a simulação assegura a veracidade das informações obtidas. São essas as informações que possibilitam a previsão do comportamento da peça.
Os resultados da simulação definem os próximos passos.
Considerando a hipótese dos dados, por exemplo, de tensão e deformação – considerando o coeficiente de seguranças e exigências da função da peça – não condizerem com a qualidade esperada da peça e necessidades para a aplicação. Nesse caso o componente precisaria ser projetado novamente.
Se a peça está de acordo com o esperado, não serão necessárias mais simulações nem alterações na peça, a não ser em caso de necessidades de alteração das condições externas às quais a peça está sujeita.
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