SOLIDWORKS Simulation: O passo além no desenvolvimento do seu projeto.

O SOLIDWORKS Simulation (antigo Cosmos Works) é um programa de análise de elementos finitos intuitivo, poderoso, preciso e fácil de usar. Já ouvimos diversas dúvidas a respeito do SOLIDWORKS Simulation, como: “É realmente um software de engenharia?”, “Ele usa qual método para realizar as análises?”, “Esta solução dá resultados confiáveis para as simulações que realizo nos meus projetos?”.

O SOLIDWORKS Simulation é uma ferramenta de análise de projetos de engenharia baseada em uma técnica numérica lá da mecânica dos matériais, chamada Análise de Elementos Finitos ou FEA. Ele é validado pela NAFEMS (International Association for the Engineering Modelling, Analysis and Simulation Community - www.nafems.org) e é reconhecido como um software de engenharia que apresenta resultados totalmente confiáveis.

O Método dos Elementos Finitos é uma técnica numérica usada para solucionar problemas de campo descritos por um conjunto de equações diferenciais parciais. Bastante usado em várias áreas da engenharia, como projetos de máquina, sistemas acústicos, eletromagnetismo, mecânica dos sólidos, dinâmica dos fluidos, entre outros. Esse método é a base da análise de elementos finitos (FEA) que comentamos acima, ou seja, é a partir da aplicação desse método que é possível obter resultados de uma análise de elementos finitos! Conhecer bem o método dos elementos finitos transforma o engenheiro em uma peça-chave para a indústria, aumentando a produtividade do funcionário e a eficiência de suas análises!

Independentemente da complexidade do projeto ou do campo de aplicação, o passo a passo fundamental em qualquer projeto de FEA são sempre os mesmos. Temos os seguintes passos:

1. Construção do modelo matemático

2. Construção do modelo de elementos finitos

3. Solução do modelo de elementos finitos

4. Análise dos resultados

CONSTRUÇÃO DO MODELO MATEMÁTICO

Para dar início a uma análise, é necessário ter a geometria da peça para usar como modelo. A partir dela será possível a criação da malha (por isso a geometria CAD deve permitir esta criação, para que sejam fornecidas, ao final, os resultados corretos para deslocamentos, tensões, entre outros).

Um ponto importante: é possível simplificar o modelo CAD (remoção de recursos, limpeza da geometria, etc) para tornar a malha mais viável. O que isso significa? Modificar as geometrias permitem criação de malhas mais simples e tempos de cálculos menores, sem afetar os resultados finais da análise!

A partir da geometria CAD, pode-se simplificar esta geometria (se necessário) para construção do modelo matemático, que contempla a definição do tipo de análise, propriedades do material, suportes, cargas, etc. Esta última etapa é conhecida como o Pré-Processamento da FEA.

CONSTRUÇÃO DO MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

Primeiro passo: Discretização (ou como é mais conhecido, Geração da Malha)! depois do modelo matemática pronto passamos para a discretização que se manifesta como a geração da malha da geometria. As cargas e suportes também são discretizados, sendo estes aplicados aos nós da malha de elementos finitos, ou seja, modelo matemático (Pré-processamento da FEA), discretização (Solução FEA – Modelo FEA) e depois solver numérico (Pós-processamento FEA – Análise dos resultados).

SOLUÇÃO E ANÁLISE DO MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

A solução do modelo é realizada a partir da aplicação de um solver numérico, para produzir os dados desejados. O solver usado no SOLIDWORKS Simulation é também aplicado em diversos outros softwares de simulação existentes no mercado.

Em geral, esta é a etapa mais difícil de todas! Por quê? Porque agora é que o conhecimento em engenharia é necessário para interpretação dos resultados gerados. Deve-se levar em consideração as suposições, simplificações e erros apresentados. Em geral, os resultados das análises apresentam dados muito detalhados.

O que foi citado acima seguem uma sequência lógica na organização dos comandos no SOLIDWORKS Simulation. No gerenciador de comandos, ela segue a sequência da esquerda para a direita e na Árvore de Recursos do Simulation segue a sequência de cima para baixo.

FAZENDO A PRIMEIRA SIMULÇÃO

Vamos agora detalhar um pouco mais cada de etapa para que você possa fazer sua primeira simulação usando o SOLIDWORKS Simulation!

Primeira Etapa, selecione “Novo Estudo” e escolha o tipo de estudo que se aplica às suas necessidades de análise (estático, frequência, térmico, flambagem, fadiga, não linear,...)

A segunda etapa (definição do material) pode ser realizada clicando com o botão direito do mouse na peça ou selecionando o material, no gerenciador de comandos. O banco de dados do material é o mesmo da biblioteca de materiais do SOLIDWORKS. As propriedades do material são apresentadas na aba “Propriedades” de cada material selecionado (é possível incluir/alterar estas propriedades, para sua análise ou até mesmo criar um novo material). A terceira etapa é a aplicação das condições de contorno ao componente, ou seja, vamos informar ao software como o modelo se comporta no mundo real. ATENÇÃO: esta é a etapa mais importante do processo e consiste em atribuir cargas, acessórios, contatos, conexões, e

A quarta etapa é a criação da malha (também conhecida como discretização do modelo). O SOLIDWORKS oferece várias opções de malha, incluído malha tipo sólido, casca, viga (que pode ser aplicado em uma estrutura com perfis metálicos.

A quinta etapa é onde o computador faz o trabalho pesado (e aqui vale todo investimento que você fez no seu computador, pois ele será bem explorado para os cálculos numéricos de computador indicado para SOLIDWORKS). A execução pode ser realizada individualmente ou em lotes, caso vários estudos precisem ser resolvidos. A sexta etapa, e último passo, é a visualização dos resultados, para interpretação do profissional que está usando o SOLIDWORKS Simulation. Análise das tensões, deslocamento, coeficiente de segurança são os resultados mais comuns apresentados. Mas pode-se avaliar também outros resultados, de acordo com o tipo de simulação que está realizando.

Analise de tensão

Analise de deslocamento

Analise de deformação

Em resumo, as etapas de 1 a 4 são as fases de pré-processamento e as fases de 5 a 6 são pós-processamento. Independentemente do tipo de análise que você escolha realizar, estas 6 etapas te ajudarão do início ao fim.

FATOS IMPORTANTES SOBRE SOLIDWORKS SIMULATION

O SOLIDWORKS Simulation otimiza o processo de geração de malhas ao empregar elementos sólidos tetraédricos para geometrias tridimensionais e elementos de casca triangulares para superfícies. A utilização de automeshers garante malhas confiáveis de maneira eficiente, resultando em ganhos significativos de produtividade. A integração perfeita com o CAD é um fator adicional que impulsiona a eficiência operacional.

Os resultados da Análise de Elementos Finitos (FEA) no SOLIDWORKS Simulation são expressos em termos de deslocamentos, deformações e tensões para análises estruturais, bem como temperaturas, gradientes de temperatura e fluxo de calor para análises térmicas. No entanto, a decisão de aprovar ou reprovar um projeto requer a definição de critérios claros de interpretação dos resultados. Isso pode envolver parâmetros como deformação máxima aceitável, tensão máxima permitida ou frequência natural mínima aceitável.

Além disso, o SOLIDWORKS Simulation possibilita análises tanto lineares quanto não lineares. Sua interface amigável e etapas bem definidas para a execução de estudos de simulação contribuem para a simplicidade de uso, tornando-o uma ferramenta poderosa e acessível para profissionais de engenharia. Para a construção da analise de elementos finitos são seguidas algumas etapas.