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2 Sumário 1. Objetivos deste capítulo ................................................................................ 3 2. Habilitar o SolidWorks Simulation ................................................................. 4 2.1. Conhecendo o SolidWorks Simulation ....................................................... 6 2.1.1.Etapas do processo de análise ................................................................ 7 2.1.2. Sistema de Unidades .............................................................................. 8 2.1.3. Limitações do software ............................................................................ 9 2.1.4. Tipos de Elementos disponíveis no SolidWorks Simulation ................... 13 2.1.5. Nomenclatura e Definições ................................................................... 19 2.1.6. Avaliação dos resultados ...................................................................... 20 Conclusão ....................................................................................................... 24 3 1. Objetivos deste capítulo Este capítulo tem por objetivo explicar como é o SolidWorks Simulation e como este trabalha. Neste capítulo não realizaremos uma análise, mas sim, compreenderemos o que é necessário para poder fazê-la. Recomendamos que ao realizar a leitura deste documento, preste atenção na nomenclatura, e em termos que talvez sejam desconhecidos ou tenham caído no esquecimento, pois será de extrema importância para a realização do treinamento estar habituado com os termos e nomenclaturas contidas neste documento inicial. Caso desconheça termos/expressões ou até mesmo fórmulas e conceitos, é extremamente recomendável que antes de seguir em frente revise seus livros sobre Resistência dos materiais e relembre os conceitos e teoremas pertinentes ao assunto. Visando boas práticas de realização deste treinamento, é extremamente importante que você realize o download no Moodle de todos os arquivos do treinamento em seu computador, armazene-os em pastas separados por lições, para que ao decorrer do treinamento, conforme solicitado nas lições, você tenha acesso rapidamente aos arquivos solicitados nas lições, sem precisar acessar o Moodle apenas para baixar o arquivo específico da lição. 4 2. Habilitar o SolidWorks Simulation Antes de iniciarmos qualquer tarefa ou explicação sobre Simulation, vamos primeiros nos certificar que o SW Simulation está corretamente instalado. 5 Com o SolidWorks aberto, clicar em Ferramentas>Suplementos, em seguida, dentro de Suplementos, vamos ativar o SolidWorks Simulation. Observar que ao marcar o quadrado da esquerda, estaremos ativando o SolidWorks Simulation somente até fecharmos o SolidWorks. Ao marcar o quadrado da direita, ativaremos o SolidWorks permanentemente. Ao comprar o EAD de Solidworks Simulation, os pré-requisitos necessários foram apresentados, sendo eles conhecimentos básicos em SolidWorks (modelagem de peças, montagem de conjuntos, etc.) e conhecimentos em FEA (Finite Element Analysis). Por este motivo, não iremos explicar o que é FEA, mas vamos ressaltar que FEA é apenas mais uma ferramenta para projetos, ou seja, decisões sobre o projeto precisam ser baseadas em uma combinação de diversas informações, sendo os resultados do FEA uma entre muitas. 6 2.1. Conhecendo o SolidWorks Simulation Em seguida, serão introduzidas algumas informações e conceitos específicas ao mundo de elementos finitos. É importante analisar estas informações com cuidado, e caso não lembre ou desconheça quaisquer informações citadas, aconselhamos que revise seus materiais de estudo. Observe abaixo um pouco da aplicação das ferramentas de Elementos Finitos. 7 2.1.1.Etapas do processo de análise A análise por elementos finitos contém etapas, as quais, estão dispostas abaixo em sequência: • Pré-processamento: Tipo de análise, propriedades dos materiais, cargas e restrições, geração de malha; • Solução: Cálculo dos resultados; • Pós-processamento: Avaliação dos resultados; 8 2.1.2. Sistema de Unidades No SolidWorks Simulation os parâmetros podem ser inseridos em SI, Métrico e Inglês em qualquer etapa. SI Métrico Inglês Massa kg kg Lbm Comprimento m cm in Tempo s s s Força N kgf Lbf Pressão/tensão N/m^2 Kfg/cm^2 Lbf/in^2 Densidade da massa Kg/m^3 Kg/cm^3 Lbf/in^3 temperatura K °C °F 9 2.1.3. Limitações do software O módulo que será utilizado neste treinamento apresenta algumas limitações que serão descritas abaixo. • Linearidade geométrica e material: Tensão é linearmente proporcional a força. (SolidWorks possui um módulo especifico para análises não lineares, o qual é denominado SolidWorks Simulation Premium). O módulo utilizado neste treinamento só considera a primeira região do gráfico abaixo, dentro do regime elástico linear. 10 É importante ressaltar que para análises não lineares, a ferramenta disponível para a simulação é o SolidWorks Simulation Premium, o qual consegue avaliar e considerar a partir da Região elástica e dar respostas de acordo com o que realmente ocorre internamente no material. 11 • Pequenas deformações: Podemos simplificar este conceito dizendo que, a deformação é extremamente pequena em relação ao tamanho geral da estrutura a ser analisada. Na imagem abaixo observe que inicialmente a peça está em sua escala Real. Na imagem abaixo observe que inicialmente a peça NÃO está em sua escala Real. O Software aplica uma escala automaticamente ao modelo para tornar mais nítida a identificação do resultado pelo usuário. 12 • Cargas estáticas: cargas que não se modificam de acordo com o tempo, e sua aplicação é realizada de forma extremamente lenta. Para uma análise Não Linear, observe que a relação de Força x Deslocamento não parece nem um pouco algo linear. Todas as cargas, assim como as restrições, são considerados (Estáticas) e não variam com o tempo (a sua aplicação no modelo é realizada de maneira muito lenta). Efeitos inerciais e de amortecimento são desprezíveis. 13 2.1.4. Tipos de Elementos disponíveis no SolidWorks Simulation Abaixo, iremos descrever o Tipo de Elemento x Tipo de Geometria do SolidWorks associada. • Elemento Sólido: Corpo sólido • Elemento de Casca: Chapa metálica e Superfícies • Elemento de Viga: Componente estrutural e corpo sólido Elementos Sólidos: Os elementos de malha dos sólidos são tetraédricos, e possuem apenas 3 graus de liberdade (translação) em cada nó. Elementos de Casca: Os elementos de malha de casca são triangulares, e possuem 6 graus de liberdade (3 de translação e 3 de rotação) em cada nó. Elementos de Viga: Cada viga, possui duas extremidades com 6 graus de liberdade (3 de translação e 3 de rotação). 14 Observe que os elementos de 1º ordem possuem arestas retas, e por isso não consegue representar muito bem geometrias de curvas. Elementos de primeira ordem (qualidade rascunho, conformeimagem acima). 15 Elementos de segunda ordem (qualidade alta, conforme imagem acima). 16 Elementos de malha de casca de primeira ordem (qualidade de rascunho, conforme imagem acima). 17 Elementos de segunda ordem (qualidade alta, conforme imagem acima). Elementos de malha de viga, são representados conforme imagem abaixo. 18 Os elementos de malha de primeira ordem devem ser utilizados apenas em estudos preliminares, onde o principal objetivo do estudo é realizar a verificação dos parâmetros de entrada e a resposta da estrutura. Os elementos de malha de segunda ordem devem ser utilizados em cálculos definitivos, onde os resultados finais da estrutura, estão sendo buscados. 19 2.1.5. Nomenclatura e Definições Geometria CAD, é uma idealização do modelo físico onde algumas simplificações podem/devem ser realizadas. Malha é a representação matemática da geometria CAD. Fixação é a representação de como o modelo físico está restrito. Cargas Externas é a representação dos carregamentos em que o modelo físico está submetido. Conexões geralmente aplicada em montagens (ou peças Multicorpos) as conexões definem como os componentes (ou corpos) do modelo físico interagem entre si. 20 2.1.6. Avaliação dos resultados Após executarmos os cálculos, é necessário avaliar os resultados para definir se o projeto atende aos requisitos. Podemos definir inúmeros critérios de falha de um projeto. Apresentamos abaixo os critérios utilizados para definir se o projeto falhou. Os mais comuns são: Deslocamento: Estimativa de quanto um determinado ponto moveu-se em uma determinada direção. Critério obvio e fácil de estabelecer. Deformação: A deformação da estrutura, é obtida pela fórmula abaixo: Onde: ΔL - Variação do comprimento L - Comprimento original Tensão: Medição do esforço interno que ocorre em um componente submetido a um carregamento. É composto por 9 componentes sendo que cada face de um cubo (representando qualquer ponto do corpo) atuam duas tensões de corte e uma tensão normal. 21 Uma tensão equivalente (proposta por Von-Mises) que é uma combinação de todos esses componentes, é a solução mais genérica e comumente utilizada como um parâmetro de tensão proposta pelo SolidWorks Simulation. Dessa forma, podemos verificar se a tensão equivalente de Von-Mises é maior, menor ou igual a tensão de escoamento do material, ou seja: Tensão de Von-Mises = É importante ressaltar que a tensão de Von Mises independe do Sistema de coordenadas. Para um projeto seguro, devemos manter a tensão de Von Mises abaixo do limite da tensão de escoamento. 22 Para verificar o nível de segurança do nosso projeto (quão longe estamos da tensão de escoamento) se costuma utilizar o quociente entre tensão de escoamento e tensão de Von Mises, originando um coeficiente de segurança. 23 Em geral, o objetivo da análise é determinar a resposta de um sistema submetido a algum tipo de carga. Observe abaixo, exemplo de uma Plotagem de Fator de Segurança (FOS). 24 Conclusão Com o término deste capítulo de Introdução, acreditamos que você esteja capacitado a prosseguir com o treinamento do SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento técnico visto neste capítulo de Introdução em conjunto com o conhecimento teórico que você possui, você está apto a aplicar estes conceitos em situações que serão propostas durante o treinamento e situações de seu cotidiano. O foco de uma ferramenta de simulação é efetuar a resolução de maneira rápida em problemas de projetos ou realizar a verificação de um projeto existente. Para isso, além de estar preparado com todos os coneceitos de mecânica e Resistências dos materiais, para utilizar uma ferramenta de Elementos Finitos, você precisa conhecer a linguagem técnica existente, além de dominar as ferramentas que o software oferece aos usuários. Com este treinamento, você estará capacitado tecnicamente para conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation. Observe abaixo, os principais tópicos que foram abordados durante este capítulo de introdução: • Introdução ao EAD SolidWorks Simulation; • Conhecendo o SolidWorks Simulation; • Etapas do processo de análise; • Sistema de Unidades; • Limitações do software; • Tipos de Elementos disponíveis no SolidWorks Simulation; • Nomenclatura e Definições; • Avaliação dos resultados; 2 Sumário 1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Estudo de uma Peça no Simulation .............................................................. 4 Conclusão ....................................................................................................... 43 3 1. Objetivos Este capítulo tem por objetivo apresentar e familiarizar o usuário com o fluxo de trabalho de uma simulação estática de uma peça com o SolidWorks Simulation. Um pequeno estudo estático de uma peça será realizado para mostrar as principais ferramentas e praticar os comandos básicos do software disponíveis para estudos de peças. Recomendamos que ao realizar esta lição, preste atenção nos comandos, eles serão utilizados basicamente em todos os estudos de Peças, então é extremamente importante estar habituado com os mesmo e conhecer suas funcionalidades, pois elas não estarão repetidas nas próximas lições, partiremos do princípio que o entendimento do conceito dos comandos será realizado conforme eles surgirão ao decorrer das lições. Como esta lição será complementada posteriormente, caso preferir, você pode salvar a peça trabalhada durante esta lição como "Lição 01", e realizar uma cópia da peça, apenas para você ter armazenada em seu computador exatamente o que foi realizado na Lição 01 do treinamento. • Localizar e aplicar os comandos do SolidWorks Simulation; • Conhecer as funcionalidades dos comandos disponíveis para análises de Peças; • Realizar a primeira análise no SolidWorks Simulation; 4 2. Estudo de uma Peça no Simulation No capitulo de introdução, nos certificamos que o SolidWorks Simulation está instalado corretamente e o seu suplemento está habilitado. Abra a peça Lição 01.sldprt disponível na pasta da Lição 01. Para isto, clicar em Arquivo>Abrir. (Faça download no Moodle de todos os arquivos do treinamento em seu computador, armazene-os em pastas, separados por lições) 5 Nessa lição iremos verificar os níveis de tensão de um componente de uma máquina de lavar. A peça em questão fica apoiada em um componente bastante rígido e está parafusada em 3 pontos, como pode ser visto na sequência. Sobreela, é montada uma segunda peça que estará representada aqui por uma força equivalente ao seu peso. 6 Acesse o Simulation para criarmos um novo estudo. Clicar na Aba do Simulation, conforme imagem ao lado. A barra possui apenas um ícone pois ainda não iniciamos um "Estudo". Estudo é onde colocamos todas as informações necessárias para fazer uma análise. Podemos ter um ou mais estudos, conforme a necessidade. Aba do SolidWorks Simulation Clicar em Novo Estudo 7 Ao criar um novo estudo, podemos digitar um nome para este estudo (por exemplo: Estudo 1, Estudo com malha fina, Análise inicial, etc.) Análise Estática, normalmente, é a única opção disponível. Isto ocorre devido ao tipo de SolidWorks instalado. Para quem tem apenas Estático, está instalado SolidWorks Simulation. Neste treinamento, não interessa os outros tipos de análise, apenas o módulo Estático é necessário. Para quem tem mais opções (Freqüência, Flambagem, Térmico, etc.) está instalado o SolidWorks Simulation Professional. Escolher Estático. Confirmar 8 Observar agora as mudanças no seu SolidWorks. Primeiro, ícones foram acrescentados na aba do Simulation (veremos os ícones em detalhes em outro momento). Na lateral esquerda, temos as etapas a serem seguidas, para configurar uma análise. Estudo 9 Para fazer uma análise de elementos finitos com o SolidWorks Simulation, o primeiro passo após iniciar um estudo, é verificar o seu sistema de unidades. Então, clicar em Simulation>Opções (no menu suspenso) Dentro de Opções, Opções predeterminadas, Unidades, certificar-se de que SI esteja selecionado. Não clicar em OK ainda. Vamos também verificar as Plotagens que dispomos. 10 Dentro de Opções pré-determinadas também temos Plotagem. Plotagem é a forma como serão nos apresentados os resultados. É muito comum, na primeira utilização do SolidWorks Simulation, não haver plotagens disponíveis (Plotagem1, Plotagem2 e Plotagem3) conforme imagem ao lado. Caso você tenha as plotagens mostradas na imagem acima, não execute o próximo passo (Acrescentar Plotagens). Mas, caso você não tenha, conforme ilustrado na imagem abaixo, terá que acrescentar, ou seja, executar o próximo passo. Lembre-se que estamos interessados apenas no Resultados do estudo estático. Demais resultados (freqüência, térmico, etc.) devem ser ignorados. Clicar sobre Resultados do estudo estático, com o botão direito do mouse. Selecionar a opção Adicionar nova plumagem. 11 Em Tipo de resultado, selecionar Tensão Nodal. Em Componente de resultado, selecionar VON: tensão de Von Mises Com este procedimento, estamos definindo a forma como veremos os resultados da analise de tensão. Repetir o procedimento para acrescentar plotagens Clicar sobre Resultados do estudo estático, com o botão direito do mouse. Selecionar a opção Adicionar nova plotagem. Em Tipo de resultado, selecionar Deslocamento. Em Componente de resultado, selecionar URES: Deslocamento resultante 12 Repetir o procedimento anterior para acrescentar novas plotagens. Clicar sobre Resultados do estudo estático, com o botão direito do mouse. Selecionar a opção Adicionar nova plotagem. Em Tipo de resultado, selecionar Deformação do elemento. Em Componente de resultado, selecionar ESTRN: Deformação equivalente Acrescentaremos somente 3 plotagens, as quais serão Padrão, ou seja, aparecerão em todas as analises estáticas. Ao final desta lição, aprenderemos como acrescentar outros tipos de plotagens. Clicar em OK para confirmar. 13 Segundo passo, acrescentar Material. Ao clicar sobre na lateral esquerda, com o botão direito do mouse, temos acesso a Aplicar/Editar material... Selecionar esta opção. Observação Observar que, caso já tenha sido aplicado um material a peça, com o SolidWorks, o SolidWorks Simulation utiliza este material (porém pode ser trocado conforme necessidade). Identificamos se um material já foi aplicado através do ícone 14 O procedimento para acrescentar material dentro do SolidWorks Simulation é igual ao procedimento para acrescentar material com SolidWorks. Selecionar o material desejado na lista de materiais localizada a esquerda da janela e em seguida, clicar em Aplicar. Clicar em Fechar para retornar a área de trabalho. Observações: Podemos acrescentar nossos próprios materiais a lista de materiais. As Propriedades em vermelho são de preenchimento obrigatório, pois são necessárias para executar o cálculo. As propriedades em azul podem ser necessárias para tipos de cargas específicas. Certifique-se de que o ícone, na lateral esquerda, aparece conforme a imagem abaixo. Caso contrário, repetir o procedimento anterior. 15 Não é possível fazer a analise, sem um material aplicado. Caso você executar a análise sem um material aplicado, a seguinte mensagem será mostrada: Na barra de ferramentas, temos um ícone para acrescentar material. Conforme a imagem ao lado, o próximo passo seria Conexões. Porém, conexões são aplicadas somente a conjuntos, ou quando temos duas ou mais peças/corpos, e precisamos informar ao SolidWorks Simulation como estes interagem entre si. Como temos somente uma peça/corpo, Conexões não é aplicado. Vamos então para o próximo passo, Acessórios de fixação. 16 Toda a peça a ser analisada precisa estar fixada, representando a forma como esta peça está ligada a outra, em uma montagem (ou simplesmente apoiada sobre uma mesa). Para ativar fixações, clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Geometria Fixa, conforme imagem abaixo. 17 Na barra de ferramentas, também temos um ícone para acrescentar fixações, conforme imagem abaixo. Geometria fixa pode ser selecionada conforme você achar conveniente. Selecionar as faces da peça, conforme indicado abaixo. Seis faces serão selecionadas. 18 Ao aplicar Geometria fixa, estamos informando ao SolidWorks Simulation que, as faces selecionadas não se deslocam em X, Y e Z. Observar o símbolo aplicado a face. Ele é utilizado para informar que não há translação e rotação, das faces selecionadas. Observar este ícone, no momento de aplicar o comando Geometria Fixa. Ele indica que podemos selecionar faces, arestas e vértices. Clicar em para confirmar. Ao confirmar, um ícone é acrescentado a Acessórios de fixação. Caso houver necessidade de fazer alguma modificação, podemos selecionar o ícone Fixo-1, com o botão direito do mouse, e clicar em Editar definição... 19 Vamos ver agora outros tipos de fixações. Ao lado, temos as fixações (Padrões e Avançadas), faltando apenas Imóvel (Padrão, porém, esta opçãonão está disponível para sólidos). 20 Restringe todos os graus de liberdade translacionais e rotacionais. Restringe todos os graus de liberdade translacionais. Disponível apenas para cascas e vigas. Face restringida pode deslizar e expandir, porém não pode se deslocar no sentido normal a face selecionada. Face selecionada pode girar sobre seu eixo, porém faces selecionadas não expandem. Para ser usada em faces planas, permite o espelhamento de uma geometria. 21 Usado em faces que rotacionam sobre um eixo. Usar essa opção para restringir faces, eixos e pontos em uma (ou mais) direções. Restringe as faces selecionadas em três direções (conforme necessidade). Similar a "Em faces planas", restringe a face cilíndrica selecionada em 3 direções. Similar a "Em faces planas", restringe a face selecionada em 3 direções. O próximo passo é acrescentar Cargas externas (forças). 22 Clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar Força. Na barra de ferramentas, também temos um ícone para Força, conforme imagem abaixo. Força pode ser selecionada conforme você achar conveniente. 23 Selecionar as 3 faces indicadas na imagem abaixo. A força aplicada é de 9500 N por face . Clicar em para confirmar. 24 Ao confirmar, forças são aplicadas sobre as faces, conforme indica imagem abaixo. O próximo passo é Malha. Dentro de Malhar vamos configurar a forma como esta será gerada sobre o modelo. 25 Clicar com o botão direito do mouse sobre malha e selecionar a opção Criar Malha. Na barra de ferramentas, também temos um ícone para Criar Malha, conforme imagem abaixo. Criar Malha pode ser selecionada conforme você achar conveniente. Ao clicar sobre Criar Malha, temos acesso as configurações de Malha (Marcar Parâmetros de Malha). 26 Use o controle deslizante para alterar o tamanho e a tolerância do elemento global. A posição mais à esquerda (Grossa) define o tamanho do elemento global como duas vezes o tamanho predeterminado. A posição mais à direita(Fina) define o tamanho do elemento global como metade do tamanho predeterminado. Ao deslocar o Ceder, o tamanho geral é modificado. 27 Unidade de medida previamente configurada Disponível somente para malha com base em curvatura. O tamanho de elemento máximo é usado para os limites com a curvatura mais baixa. Disponível somente para malha com base em curvatura. O tamanho mínimo de elemento é usado para os limites com a curvatura mais alta. Numero mínimo de elementos em um círculo Disponível somente para malha com base em curvatura. Especifica a taxa de crescimento do elemento global, começando nas regiões de alta curvatura, em todas as direções. Ativa o esquema de geração de malha de Voronoi-Delaunay para as operações subsequentes de geração de malha. Ativa o esquema de geração de malha baseado em curvatura para as operações subsequentes de geração de malha. O gerador de malha cria automaticamente (sem necessidade do controle de malha) mais elementos em áreas com curvatura maior. 28 Manter os valores padrões e clicar em para confirmar. Caixa de mensagem mostra o progresso da geração da malha. Disponível somente para malhas de alta qualidade. Define o número de pontos de integração que devem ser usados na verificação do nível de distorção de elementos tetraédricos. Você pode basear a verificação Jacobiana em 4, 16, 29 pontos Gaussianos ou Nos nós. Especifica 4 nós de canto para cada elemento sólido e 3 nós de canto para cada elemento de casca. A malha de qualidade Rascunho é recomendada para uma avaliação rápida, e a opção predeterminada, Alta qualidade, para os resultados finais. 29 Ao finalizar, teremos a malha, conforme imagem abaixo. Clicar em Executar estudo para iniciar os cálculos do estudo. O ícone pode ser encontrado na barra de ferramentas, conforme imagem abaixo. 30 Observar que a escala de distorção é de 2768.49. Isto ocorre por que a tensão é muito baixa (limite de escoamento do material é 620 MPa. Informações sobre o estudo. Observar a escala de distorção. Plotagens configuradas no início da lição. Plotagem selecionada (Tensão). 31 Deslocamento: Para selecionar Deslocamento, duplo clique sobre este, nos Resultados. Deformação: Para selecionar Deformação, duplo clique sobre este, nos Resultados. 32 Agora, duplo clique sobre Tensão para verificarmos algumas opções. As opções iremos analisar (conforme ordem) são: Editar definição, Opções de diagrama e Configurações. Clicar sobre Tensão com o botão direito do mouse e selecionar Editar definição..., conforme imagem ao lado. 33 Componente . Selecione um componente de tensão para a plotagem. As direções se baseiam na geometria de referência selecionada. Unidades . Selecione as unidades da plotagem de tensão. Exibir como plotagem de tensor. Disponível somente com tensão de Von Mises (VON). As três tensões principais em nós ou em centros de elementos são exibidas. Valores do nó. Gera plotagens de tensão do nó. A interpolação linear é usada, normalmente gerando uma plotagem suave. Valores do elemento. Gera tensões nos centros dos elementos (um valor/cor para cada elemento). Se marcada, o componente de deformação selecionado é plotado na forma deformada do modelo. Automático. Exibe o Fator de escala predeterminado que o programa usa para dimensionar a distorção máxima como 10% da maior dimensão da menor caixa que envolve o modelo. Escala real. Exibe a forma deformada real do modelo (Fator de Escala é 1,0). Definido pelo usuário. Permite que você insira seu próprio Fator de escala . Na maioria dos casos, um fator de escala maior ajuda a visualizar bem a deflexão. 34 Clicar sobre Tensão com o botão direito do mouse e selecionar Opções de diagrama..., conforme imagem ao lado 35 Exibir anotação mín.. Ativa/desativa a exibição da anotação do valor mínimo da plotagem. Exibir anotação máx. Ativa/desativa a exibição da anotação do valor máximo da plotagem. Exibir detalhes da plotagem. Se marcado, exibe o nome do modelo, nome do estudo, tipo e escala de distorção de uma plotagem. Exibir legenda. Ativa/desativa a exibição da legenda da plotagem. Exibir intervalo Mín./Máx. somente em peças exibidas. Se marcado, o programa exibe os valores mínimo e máximo da plotagem somente nas partesexibidas. Automático. Se marcado, escolhe automaticamente os valores mínimo (Mín) e máximo (Máx) do diagrama. Definido. Se marcado, você especifica os valores mínimo (Mín) e máximo (Máx) do diagrama. Posições predefinidas. Define a posição do diagrama em uma posição predefinida. Horizontal da esquerda .Especifique a distância horizontal a partir da esquerda da área de gráficos como uma percentagem da largura da janela. Vertical do topo . Especifique a distância vertical do topo da área de gráficos como uma percentagem da altura da janela. Largura . Controla a espessura do diagrama. Opões disponíveis: Grossa, Normal e Fina. Formato de número . Controla a exibição dos valores numéricos no diagrama. Formatos disponíveis: científico, flutuante e geral. Numero de casas decimais . Define o número de casas decimais a serem exibidas no diagrama. Você pode especificar até 16 casas decimais a serem exibidas em um diagrama. 36 Valor predeterminado . Usa o mapa de cores predeterminado na plotagem. Arco-íris . Usa o mapa de cores de arco-íris na plotagem. Tons de cinza . Define o mapa de gradiente de tons de cinza. Use esta opção em impressoras em preto e branco. Definido pelo usuário. Define até 9 cores de base. Para definir uma cor de base, clique na sua caixa e escolha uma nova cor na paleta de cores. Se o número de cores de base que você selecionar aqui for igual ao número de cores do diagrama, somente as cores selecionadas serão usadas. Em outras palavras, não há sombras ou interpolação de cor. Inverter. Inverte o mapeamento de cor. Numero de cores do diagrama . Define o número de cores usadas no diagrama (2 a 24). Especificar cor para valores acima do limite. Selecione para definir todos os valores de tensão acima do limite a uma cor selecionada. Clique em Editar cor para alterar a cor. Disponível somente em plotagens de tensão de Von Mises de peças de corpo único com limite de escoamento definido. 37 Clicar sobre Tensão com o botão direito do mouse e selecionar Configurações..., conforme imagem ao lado 38 O PropertyManager de Configurações permite que você controle a exibição da plotagem de demarcação, a exibição do contorno do modelo e a exibição da forma deformada do modelo. Ponto. Usa contornos de pontos coloridos. Linha. Usa contornos de linhas coloridas. Discreta. Usa contornos preenchidos com cores com sombreamento discreto. Contínua. Usa contornos preenchidos com cores com sombreamento liso. Opções de limite Nenhum. Desativa a exibição do limite do modelo. Modelo. Exibe as arestas de limite do modelo. Malha. Sobrepõe a plotagem de resultado selecionada sobre a plotagem de malha. Opções de plotagem deformada. Sobrepor modelo na forma deformada. Se marcado, exibe a forma não deformada do modelo sobre a forma deformada usando as seguintes configurações: Translúcido (uma só cor). Permite que você selecione uma cor e defina o nível de transparência do modelo. Translúcido (cores de peça). Permite que você define o nível de transparência do modelo. Serão usadas cores de peça. 39 Abaixo, exemplo de Configurações onde Opções de demarcação é Continua e Opções de limite é Malha. 40 Agora, vamos conhecer uma ferramenta disponível para medir Tensões em um determinado ponto. Clicar sobre Tensão, com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Sonda. A função Sonda permite que você investigue uma plotagem e veja os valores das quantidades plotadas em nós definidos ou centros de elementos. Quando você sonda uma plotagem de malha, o software exibe o número do nó ou elemento e as coordenadas globais do nó. Quando você sonda uma plotagem de resultados, o software exibe o número do nó ou elemento, o valor do resultado plotado e as coordenadas globais do nó ou centro do elemento. Por exemplo, em uma plotagem de tensão de nó, são exibidos o número do nó, o valor de tensão e as coordenadas globais x, y, e z. 41 Clicar em (um ou) vários pontos da peça (usar a imagem abaixo como referencia). Observar os valores para cada nós selecionado. 42 Após selecionar vários pontos, podemos criar uma Plotagem, em forma de gráfico, conforme imagem abaixo. Salve e feche o arquivo. Observe que com esta ferramenta, você pode verificar a variação da Tensão/deslocamento/defor mação ao longo da seleção, ou descobrir os valores destas grandezas em regiões específicas da peça, onde você desconfia que esteja submetida a maiores carregamentos, ou onde já sabe que está ocorrendo problemas, como quebra por cisalhamento, trincas, etc. 43 Conclusão Com o término desta lição, introduzimos o conceito de análise do SolidWorks Simulation. A partir de agora, com todas as informações do capítulo de Introdução em conjunto com a prática realizada nesta lição, você já tem condições de aplicar e conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation. É importante ressaltar a importância de todos os conceitos citados até o momento estarem completamente compreendidos por parte dos usuários, para o possível entendimento das análises dos próximos capítulos e para a completa capacitação no uso da ferramenta. Este é o momento para aqueles que ainda não estão seguros em relação à todos os conceitos fundamentais de mecânica, parar, e revisar os conteúdos onde tem dificuldade, para relembrar as teorias fundamentais dos materiais e da mecânica em geral. Observe abaixo o que foi realizado nesta Lição. • Localizar e aplicar os comandos do SolidWorks Simulation; • Conhecer as funcionalidades dos comandos disponíveis para análises de Peças; • Realizar a primeira análise no SolidWorks Simulation; 44 Na próxima lição, iremos continuar trabalhando com a mesma peça utilizada na atual, com o objetivo de familiarizar os usuários novas funcionalidades e comandos específicos do software para Peças utilizando elementos sólidos, bem como apresentar métodos distintos de construção, edição e execução de estudos. Na sequência abaixo, principais tópicos que serão trabalhados na próxima Lição: • Localizar e aplicar os comandos do SolidWorks Simulation; • Conhecer as funcionalidades dos comandos disponíveis para análises de Peças; • Criar outros tipos de Plotagem; 45 • Duplicar um Estudo; • Fazer modificações em um Estudo; • Conhecer outros tipos de fixação; 2 Sumário 1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Conhecendo recursos do SolidWorks Simulation para Peças ....................... 4 Conclusão ....................................................................................................... 203 1. Objetivos Este capítulo tem por objetivo apresentar e familiarizar o usuário com o fluxo de trabalho de uma simulação estática de uma peça com o SolidWorks Simulation. Um pequeno estudo estático de uma peça será realizado para mostrar as principais ferramentas e praticar os comandos básicos do software disponíveis para estudos de peças. Como esta lição é o complemento do que foi realizado anteriormente, caso preferir, ao término desta lição você pode salvar a peça trabalhada durante esta lição como "Lição 02" . • Localizar e aplicar os comandos do SolidWorks Simulation; • Conhecer as funcionalidades dos comandos disponíveis para análises de Peças; • Duplicar um Estudo; • Fazer modificações em um Estudo; • Conhecer outros tipos de fixação; • Criar outros tipos de Plotagem; 4 2. Conhecendo recursos do SolidWorks Simulation para Peças Nesta lição, vamos continuar trabalhando com a peça da lição anterior, denominada Lição 01. Iniciaremos abrindo o arquivo Lição 01. 5 No arquivo Lição 01, contém o Estudo 1, o qual estávamos trabalhando na lição anterior. Não trabalharemos com o Estudo 1, mas sim, vamos duplicá- lo e continuar a partir deste ponto. Para duplicar um estudo, clicar sobre o Estudo 1 com o botão direito do mouse e escolher a opção Duplicar. Nomear o Estudo, Estudo 2. A configuração a ser utilizada permanece Default (não temos outra configuração para escolher). Clicar em OK para confirmar. 6 Ao confirmar, temos o Estudo 2. 7 Neste novo estudo, a primeira modificação que faremos é excluir o Acessório de fixação já existente, para em seguida, acrescentar outros, e verificar como a escolha de uma fixação modifica o resultado da nossa análise. Clicar sobre Fixo-1, com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Excluir... Confirmar clicando em Sim. Agora, vamos acrescentar um novo tipo de fixação. Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Rolagem/Deslizamento... 8 Selecionar as faces indicadas, conforme a imagem abaixo. Ao aplicar Rolagem/Deslizamento, o deslocamento no sentido Z foi cancelado, porém ainda temos deslocamento em X e Y (para esta peça) . Clicar em para confirmar. Observar o ícone Rolagem/Deslizamento-1, acrescentado aos Acessórios de fixação, na esquerda. 9 Agora, vamos cancelar o deslocamento em X e Y. Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Articulação fixa... Com Articulação Fixa, selecionar as 3 faces indicadas abaixo. 10 Clicar em para confirmar. Em um primeiro momento, Geometria Fixa e Rolagem/Deslizamento + Articulação fixa, podem apresentar o mesmo resultado, o cancelamento do deslocamento em X, Y e Z, porém existe uma diferença significativa, Rolagem/Deslizamento + Articulação fixa permite a expansão da geometria, enquanto que Geometria fixa não permite as faces selecionas expandir. Para facilitar a compreensão, poderíamos dizer que, com Geometria Fixa, as faces selecionadas ficam "soldadas" e não se modificam. Com Rolagem/Deslizamento a face fica apoiada sobre uma superfície dura e para Articulação fixa, temos pinos nos furos. Os pinos impedem o deslocamento da peça, mas não impedem a face do furo de expandir/contrair. Clicar em Executar estudo para iniciar a analise. O ícone pode ser encontrado na barra de ferramentas, conforme imagem abaixo. 11 Após executar o estudo, vamos comparar os resultados Com Geometria Fixa Rolagem/Deslizamento + Articulação fixa 12 Plotagens: Ao clicar sobre Resultados com o botão direito do mouse, temos outros tipos de plotagem, tais como: Fator de Segurança, Percepção do projeto, Verificação de fadiga, etc. Vamos selecionar a opção Para definir a Plotagem de Fator de Segurança, devemos seguir 3 etapas: Na primeira etapa, precisamos escolher qual critério vamos utilizar, para definir o Fator de segurança. Vamos selecionar Tensão de von Mises máxima. 13 Conforme a formula, devemos dividir 37.8 MPa (tensão máxima) por 620.4 MPa (limite de escoamento), e este valor deve ser menor que 1. Neste caso, 0.061 14 Porém, vamos seguir para a próxima etapa, clicando em . Nesta etapa, temos Limite de escoamento marcado, porém podemos escolher resistência máxima ou definir um valor. Fator de multiplicação, permite modificar o valor do limite de escoamento, através de um valor de multiplicação. Clicar em para seguir para a próxima etapa. Podemos escolher entre Distribuição do fator de segurança e Áreas abaixo do fator de segurança. Vamos manter Distribuição do fator de segurança e clicar em para confirmar. 15 Ao confirmar, temos a Distribuição do fator de segurança, onde o fator de segurança mínimo é aproximadamente 16. 16 Agora vamos verificar a percepção do projeto. Clicar sobre Resultados com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Definir plotagem de percepção do projeto... A plotagem de percepção do projeto mostra as regiões do modelo que suportam as cargas de maneira mais eficiente. Alguns usuários podem reconhecer esse gráfico como plotagem de "caminho de carga". Você pode usar essa informação para reduzir o material no modelo. 17 Você pode sobrepor uma plotagem de percepção do projeto ao seu modelo enquanto edita os recursos de geometria. 18 Observar que, de acordo com a percepção do projeto, o volume do elemento é 18.02%. O mais carregado. Quando o controle deslizante está ajustado em O mais carregado, as partes do modelo que suportam a maior carga são plotadas em azul. Normalmente, elas constituem apenas uma pequena parte do modelo. As áreas translúcidas da plotagem indicam os limites do modelo original. Tudas. O modelo inteiro é plotado em azul O ideal é ajustar o controle deslizante para plotar um caminho contínuo entre as cargas e as restrições. Isso fornece informações sobre as áreas que suportam cargas com mais eficiência. Você talvez consiga remover material nas áreas translúcidas da plotagem. A plotagem de percepção do projeto não sugere onde adicionar material. Você pode deduzir essas informação da plotagem, mas não é essa a intenção. Essas plotagens são mais eficazes quando você analisa o maior modelo prático e remove material para otimizar o volume. 19 Exemplo de percepção de projeto Modelo original mostrando cargas (rosa) e restrições (verde) Plotagemde percepção do projeto com um caminho contínuo entre as cargas e restrições Modelo após material ser removido manualmente das regiões que não sustentavam uma parte grande da carga Clicar em para confirmar. Salve o arquivo como Lição 02 em seu computador. 20 Conclusão Com o término desta lição, praticamos e conhecemos novos comandos disponíveis para análises de Peças com o SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento teórico visto no capítulo de Introdução em conjunto com a prática realizada nestas duas lições iniciais, você tem condições de aplicar e conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation. Nos próximos capítulos deste treinamento, novos tipos de modelos serão analisados e será necessário a aplicação de novas funcionalidades não discutidas nestas lições iniciais. Por este motivo principalmente, recomendamos que verifique os comandos utilizados até o momento, e analise possíveis dúvidas de utilização dos mesmos. Recomendamos que leia com atenção os tópicos de explicação detalhada dos Property Managers de todos os comandos vistos na lição para que seja mais fácil a sua percepção de novas funcionalidades e o entendimento dos mesmos. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: • Localizar e aplicar os comandos do SolidWorks Simulation; • Conhecer as funcionalidades dos comandos disponíveis para análises de Peças; • Duplicar um Estudo; • Fazer modificações em um Estudo; • Conhecer outros tipos de fixação; • Criar outros tipos de Plotagem; 21 Na próxima lição, iremos introduzir ao usuário os conceitos básicos referentes à construção de Malhas de elementos sólidos no SolidWorks Simulation, criação de malha Local para criar refinos de malha em regiões específicas do modelo a ser analisado, com o principal objetivo de familiarizar os usuários com estas novas funcionalidades bem como apresentar métodos distintos de construção, edição de estudos. Na sequência abaixo, principais tópicos que serão trabalhados na próxima Lição: • Trabalhar com malhas; 22 • Trabalhar com controle de malhas; 23 • Múltiplos estudos no Simulation; Malha média Malha fina Malha média com controle de malha. 24 • Aplicação de refinos locais de malha; 25 • Trabalhar com malhas; 2 Sumário 1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Conhecendo recursos de malha do SolidWorks Simulation .......................... 4 3. Estudo Peça Apoio ...................................................................................... 27 Conclusão ....................................................................................................... 38 3 1. Objetivos Este capítulo tem por objetivo apresentar e familiarizar o usuário com a parte da construção da malha, a qual trata-se da discretização matemática do modelo CAD para o SolidWorks Simulation. Um pequeno estudo estático de uma peça será realizado para mostrar as funcionalidades da Malha dentro do Simulation, mostrando as principais ferramentas e os comandos básicos do software disponíveis para estudos de peças. Após o término desta análise, mais um exemplo de peça será utilizado e então algumas comparações em relação às configurações da malha, como por exemplo, o tamanho do elemento, serão comparadas. Abaixo, principais tópicos que serão abordados nesta lição. • Trabalhar com malhas; • Trabalhar com controle de malhas; • Múltiplos estudos no Simulation; • Aplicação de refinos locais de malha; 4 2. Conhecendo recursos de malha do SolidWorks Simulation Abrir a peça chamada Suporte (localizada na Lição 02). 5 Na aba Simulation, selecionar o ícone Novo estudo, conforme imagem ao lado. Vamos chamar este estudo de Estudo 1 Clicar em para confirmar. 6 Ao confirmar, o Estudo 1 é acrescentado. O objetivo desta lição é mostrar a influência do tamanho dos elementos da malha na qualidade dos resultados, pois o tamanho dos elementos na malha tem uma grande influência na qualidade dos resultados. Quanto menor o tamanho do elemento, melhor tende a ser a resposta. Porém, alterar o tamanho global do elemento faz com que toda a malha tenha seu tamanho alterado. Esta abordagem, apesar de mais cômoda, tem a inconveniência de gerar análises muito pesadas computacionalmente. A alternativa seria trabalhar com um tamanho de elemento não muito pequeno na maior parte da peça e fazer refinos locais na malha em regiões com menores áreas. Dessa maneira, consegue-se um equilíbrio entre qualidade e tempo de cálculo. 7 Conforme aprendemos na Lição 01, o primeiro passo, com Simulation, é aplicar o material. Clicar sobre Suporte com o botão direito do mouse, conforme imagem ao lado, e selecionar a opção Aplicar/editar material... Selecionar Liga de aço. Clicar em Aplicar, para aplicar o material e em seguida Fechar, para retornar à área de trabalho do Simulation. 8 Vamos agora acrescentar uma fixação. Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse, e selecionar Geometria fixa. 9 Agora, precisamos selecionar as regiões onde o modelo estará fixado. Selecionar as faces indicadas na imagem ao lado. Clicar sobre para confirmar 10 Para aplicar a força, clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar a opção força, conforme imagem abaixo. 11 Agora, precisamos selecionar a região onde a carga estará aplicada ao modelo. Selecionar a face indicada na imagem ao lado. O valor da força é 500 N. Clicar sobre para confirmar 12 A próxima etapa da análise, é a representação matemática do modelo CAD, através da malha. Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha... Na Lição 1, ao criar uma malha, utilizamos a opção padrão: Malha com base em curvatura. Nesta lição, vamos utilizar a opção Malha padrão. 13 Malha padrão: Ativa o esquema de geração de malha de Voronoi- Delaunay para as operações subseqüentes de geração de malha. Tamanho global: Disponível somente para malha padrão.Define o tamanho de elemento médio global. O software sugere um valor padrão com base no volume do modelo e na área da superfície. Tolerância: Disponível somente para malha padrão. Define o valor da tolerância. A tolerância predeterminada é 5% do tamanho do elemento global. Se a distância entre dois nós for menor do que este valor, os nós são mesclados, a menos que seja especificado de outra forma pelas condições de contato. A tolerância não deve exceder 30% do tamanho do elemento. Disponível somente para malha padrão. Quando marcada, o programa aplica controles de malha automaticamente a pequenos recursos, furos, filetes e outros detalhes finos do modelo. Desmarque Transição automática antes de gerar a malha de modelos grandes com muitos recursos e detalhes pequenos, para evitar a geração de um grande número de elementos. Veja o exemplo abaixo. 14 Vamos utilizar os valores padrões, porém vamos utilizar 16 pontos Jacobianos Disponível somente para malhas de alta qualidade. Define o número de pontos de integração que devem ser utilizados na verificação do nível de distorção de elementos tetraédricos. Você pode basear a verificação Jacobiana em 4, 16, 29 pontos Gaussianos ou Nos nós. 15 Clicar em para confirmar. Agora, vamos observar a malha. Quando trabalhando com malha de qualidade alta, o número recomendado de elementos de malha é 3~4 na espessura. Quando trabalhando com malha de qualidade baixa, o número de elementos de malha é 5~6 na espessura. A malha ao lado não atende a recomendação acima. Então, vamos modificar os valores da malha, para melhorar a qualidade. Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha. 16 Deslocar controle deslizante para a direita. Clicar em para confirmar. Observar a malha acima. Agora atendemos a recomendação de 3~4 elementos de malha na espessura da peça. Porém, temos um número muito elevado de elementos, o que pode aumentar consideravelmente o tempo de processamento da análise. Clicando sobre a malha com o botão direito do mouse, temos acesso a Detalhes..., conforme imagem abaixo. Na caixa de diálogo Malha Detalhes, podemos observar que o total de nós é: 82579 e o Total de elementos é: 52702. 17 18 Porém, não há necessidade de analisar detalhadamente toda a peça, pois sabemos que a região selecionada, ao lado, tem maior tensão, quando aplicando a força no braço. Então, ao invés de fazer a análise com uma malha extremamente fina, podemos refinar (controle de malha) somente a região com concentração de tensão. Observar que neste exemplo, já sabemos onde ocorre a concentração de tensão. Quando isto não ocorre, podemos fazer uma primeira análise com uma malha grossa, e colocar o controle de malha após. 19 Para colocar um controle de malha, clicar sobre malha com o botão direito do mouse e selecionar Aplicar controle de malha... 20 Selecionar as faces indicadas na imagem abaixo. Manteremos os valores padrões. Clicar em para confirmar. 21 Como fizemos uma modificação que afeta a malha, esta precisa ser refeita. Tamanho do elemento . Define o tamanho do elemento em entidades geométricas selecionadas. Razão . Define a taxa (proporção) entre o tamanho do elemento em uma camada em relação ao tamanho do elemento na camada. 22 Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha... Deslocar o controle deslizante para o meio. Clicar em para confirmar. 23 Clicando com o botão direito do mouse sobre Malha, e selecionado Detalhes... podemos observar que temos agora 22709 nós e 13870 elementos. também, visualmente, podemos observar que a malha é menor, nos raios, onde aplicamos o controle de malha. Clicar sobre Executar estudo, para executar a análise. 24 Abaixo, os resultados da tensão. 25 Vamos comparar agora a peça acima analisada com 3 tipos de malha. Malha média Malha fina Malha média com controle de malha. Conforme os gráficos, a diferença entre malha fina e malha média com controle de malha é insignificante, porém o tempo de processamento pode ser significativo. Você pode alterar a malha como achar conveniente, e fazer executar vários estudos com vários tipos de malha, para compreender de que forma uma malha modifica os resultados da analise. Observar que, apesar de mencionar tempo de analise, para essa peça, esse tempo não é tão grande assim. Mas ele esta sendo mencionado para prepará-lo para os problemas do dia a dia. 26 Agora, vamos observar os três valores de tensão. Qual dos três valores estão corretos? A resposta depende do nosso objetivo, ao fazer a análise (para esta lição, não estabelecemos um objetivo, no início da análise). Nosso objetivo pode ser "Verificar se peça está dentro do fator de segurança mínimo do projeto", e então qualquer um dos três valores nos mostra que estamos significativamente dentro do fator de segurança (FOS =7,41). Se o objetivo da análise for "descobrir tensões nos raios", a análise com Malha média com controle de malha, nos retorna valores mais precisos sobre o comportamento das tensões, na região com controle de malha (os raios). No dia a dia, teremos que estabelecer objetivos, antes de cada análise, e com estes objetivos em vista, escolher o melhor tipo de malha e consequentemente, o resultado. 27 3. Estudo Peça Apoio Agora, vamos abrir a peça chamada Apoio, e criar um Novo estudo (Estático), conforme imagem abaixo. Vamos chamar este estudo de Malha Grossa. Aplicar um material, ASTM A36 Aço. 28 Aplique uma Força sobre a Face indicada na figura abaixo, Força Normal, valor da Força 215000N. Aplique um Acessório de Fixação, selecionando a Face da peça destacada abaixo, utilize Geometria Fixa. 29 Agora, precisamos criar a malha da nossa peça. Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha... Deslocar o controle deslizante para a esquerda. Clicar em para confirmar. 30 Agora, vamos duplicar o estudo e verificar diferentes métodos de criação de malha. Clicar sobre o estudo Malha Grossa com o botão direito do mouse e selecionar Duplicar. Vamos chamar este estudo Malha Média. 31 Edite a malha padrão da peça.Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha... Deslocar o controle deslizante para o meio. Clicar em para confirmar. 32 Duplique novamente um estudo do Simulation. Clicar sobre o estudo Malha Média com o botão direito do mouse e selecionar Duplicar. Vamos chamar este estudo Malha Fina. 33 Edite a malha padrão da peça. Selecionar Malha com o botão direito do mouse, e selecionar a opção Criar malha... Deslocar o controle deslizante para a direita. Clicar em para confirmar. Podemos executar todos os estudos simultaneamente. Para isso, clicar em Executar todos os estudos, conforme imagem abaixo. 34 Todas as análises serão executas ao mesmo tempo, independentemente do número de estudos. Abaixo, o estudo Malha Grossa, com a opção Resultado deformado ativada. 35 Vamos comparar agora os três resultados de tensão. Malha Grossa Malha Média Malha Fina A diferença entre Malha Grossa e Malha Média é de 10,30%, e a diferença entre Malha Média para Malha Fina é de 1,05% 36 Vamos comparar agora os três resultados de deslocamento. Malha Grossa Malha Média Malha Fina A diferença entre Malha Grossa e Malha Média é de 1,65%, e a diferença entre Malha Média para Malha Fina é de 0,63% Abaixo, uma tabela simplificada, com Tensão, Deslocamento, Número de Nós e Número de elementos. Tensão Deslocamento Nós Elementos Malha Grossa 196,311 0,04360 mm 2079 1063 Malha Média 216,541 0,04432 mm 9527 5721 Malha Fina 218,822 0,04460 mm 80322 53798 37 Observando os resultados, podemos concluir que se o objetivo da análise for "determinar o deslocamento da peça", Malha Grossa atende as nossas necessidades, pois o percentual de erro em relação a Malha Fina é extremamente pequeno; e com Malha Grossa, o tempo de processamento é reduzido consideravelmente. Se o objetivo for "determinar as tensões", Malha Média atende às nossas necessidades, pois o percentual de erro em relação à Malha fina é pequeno; e com Malha Média, o tempo de processamento é reduzido consideravelmente. 38 Conclusão Com o término desta lição, praticamos e conhecemos um pouco sobre Malhas com elementos sólidos para análises de Peças com o SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento teórico visto no capítulo de Introdução em conjunto com a prática realizada nestas três lições iniciais, você está apto a aplicar estes conceitos em situações do seu dia-a-dia para resolver problemas de projetos ou realizar a verificação de um projeto existente, além de estar preparado tecnicamente para conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation. Nos próximos capítulos deste treinamento, novos tipos de modelos serão analisados e será necessário a aplicação de novas funcionalidades não discutidas nestas lições iniciais. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: • Trabalhar com malhas; • Trabalhar com controle de malhas; • Múltiplos estudos no Simulation; • Aplicação de refinos locais de malha; 39 Na próxima lição, trataremos de montagens, iremos verificar quais as técnicas necessárias para uma correta análise de um conjunto, os principais comandos necessários para a aplicação em diversos sistemas mecânicos, onde na verdade, somente a prática do cotidiano conseguirá expor os usuários à verdadeiros desafios com situações reais do seu dia-a-dia permitirão aos usuários solucionar rapidamente aquele tipo de problema. Por este motivo principalmente, recomendamos que verifique os comandos utilizados até o momento, e analise possíveis dúvidas de utilização dos mesmos. Novamente, recomendamos fortemente que antes de iniciar esta lição, leia atentamente os tópicos de explicação detalhada dos Property Managers de todos os comandos vistos na lição atual e nas anteriores, para que seja mais fácil a sua percepção de novas funcionalidades e o entendimento dos mesmos. Na sequência abaixo, principais tópicos que serão trabalhados na próxima Lição: 40 • Trabalhar com montagens; • Aplicação de materiais; 41 • Trabalhar com contatos; 42 • Refino local de malha; 2 Sumário 1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Montagem no SolidWorks Simulation ............................................................ 4 Conclusão ....................................................................................................... 24 3 1. Objetivos Este capítulo tem por objetivo apresentar ao usuário os recursos disponíveis no SolidWorks Simulation para análises de montagens, enfocando nos principais recursos necessários para a correta elaboração de um estudo. Trata-se de um capítulo introdutório ao ambiente de montagens, onde a sistemática de trabalho partirá de uma pequena análise estática de uma montagem, que será utilizada ao longo da lição para mostrar as funcionalidades de Conexões, como os contatos funcionam, a criação da Malha para todas as peças, refinos locais de malha, aplicação dos materiais às peças, ou seja, mostraremos na prática qual é a maneira de trabalhar com montagens com o SolidWorks Simulation. Abaixo, principais tópicos que serão abordados nesta lição. • Trabalhar com montagens; • Trabalhar com contatos; • Aplicação de materiais; • Refino local de malha; 4 2. Montagem no SolidWorks Simulation Abrir a montagem chamada Conjunto, da Lição 03, conforme imagem abaixo. 5 Criar um novo estudo estático, selecionando a opção Novo estudo, conforme indicado abaixo. O nome do estudo pode ser Estudo 1. 6 Observar a árvore de recursos ao lado. Quando trabalhando com conjuntos, temos Peças e a cada podemos aplicar um material. Dentro de conexões temos contatos, aonde aparece um contato global aplicado, Unidas (opção padrão). Sobre contatos, no decorrer da lição, teremos maiores explicações. Vamos aplicar agora os materiais. Com Ctrl pressionado, selecionar as duas Caixas (conforme imagem abaixo), clicar com o botão direito do mouse e selecionar a opção Aplicar/editar material... 7 O material a ser aplicado é Aço carbono simples. Clicar em Aplicar, para aplicar o material e em seguida, Fechar, para retornar para a janela principal. Observar ao lado, o material aplicado as Caixas.Agora, vamos aplicar material a Haste e ao Eixo. Repetir o procedimento anterior selecionando Haste e Eixo, com Ctrl pressionado. Clicar com o botão direito do mouse e selecionar a opção Aplicar/Editar material... O material a ser aplicador é . 8 Observação: Quando o material a ser aplicado às peças é o mesmo, podemos selecionar a opção Peças, e clicando com o botão direito do mouse, selecionar a opção Aplicar material a todos... Agora, vamos conhecer e analisar as Conexões, elas não são conhecidas até o momento, pois não houve necessidade de utilizá-la nos exemplos utilizados até o momento. Sabemos que as Conexões podem ser trabalhadas com Peças multicorpos e com montagens. Conexões é a forma como as peças interagem entre si. Devemos sempre definir como as interações acontecem, caso contrário, SolidWorks Simulation aplica a opção padrão Unidas. 9 Contato global. Selecione a montagem de nível superior para aplicar uma condição de contato global. Componentes para Contato . Selecione os componentes aos quais devem ser especificadas condições de contato com outros componentes da montagem. Você pode selecionar componentes na árvore de projeto flyout do FeatureManager ou na área de gráficos com a ferramenta Filtrar corpos sólidos na barra de ferramentas Filtro de seleção. Malha compatível. O programa cria uma malha compatível em áreas de contato iniciais. Se a malha é compatível, o programa mescla os nós coincidentes ao longo da interface comum. Malha incompatível. O programa gera uma malha de cada componente independentemente. Se a geração de malha falhar com a opção de malha compatível, esta opção pode ajudar no êxito do processo de geração da malha. Em geral, a opção malha compatível produz resultados mais precisos em regiões unidas. Sem penetração: Os componentes ou corpos selecionados não penetram uns nos outros durante a simulação, seja qual for sua condição de contato inicial. Por padrão, os corpos não se autopenetram se a deformação durante a simulação for suficiente para causar autointerseção. A fórmula de contato superfície- superfície é aplicada para o contato Sem penetração. Unidas (Sem folga): Os componentes ou corpos selecionados comportam-se como se fossem soldados durante a simulação. Permitir penetração: Os componentes ou corpos selecionados podem penetrar uns aos outros durante a simulação. Não use esta opção a menos que você tenha certeza de que as cargas não causarão interferência dos componentes. A opção Permitir penetração substitui os contatos de componente existentes. Para aplicar o contato Permitir penetração a componentes ou a uma montagem de nível superior, você precisa ter definido previamente um tipo de contato. 10 Selecionar Contato Global (Unidas) , e com o botão direito do mouse, selecionar a opção Editar definição... 11 Para esta montagem, podemos manter a opção Unidas (sem folga), pois os componentes isolados abaixo são unidos (Eixo é soldado as Caixas). Clicar em para confirmar. 12 Porém, percebemos que a Haste possui movimento, e está apoiada sobre o eixo (não sendo unida a este). Então, para a Haste, teremos que aplicar outro contato, do tipo Sem penetração. Para isto, clicar sobre Conexões com o botão direito do mouse e selecionar a opção Conjunto de contato... Podemos aplicar várias condições de contato para substituir a definição de contato global pela adição do contato de componente e conjuntos de contatos locais. 13 Os contatos aplicados com Conjunto de contato... podem ser aplicados a faces, arestas e vértices específicos, determinando um comportamento diferente de Contatos Globais, para os itens selecionados. Estes itens selecionados se tornam contatos locais, e tem precedência sobre contatos Globais, ou seja, a condição de contato que passa a valer é a local e não a global. 14 Selecionar manualmente os conjuntos de contato. Selecionar pares de faces que atendem aos critérios especificados e criar conjuntos de contato. Localizar conjuntos de contato automaticamente. Use a ferramenta de detecção automática para localizar os conjuntos de contato de faces que estão ou que não estão em contato dentro de uma determinada folga. Visível somente quando você seleciona um contato Sem penetração. Nó a nó. Requer malhas compatíveis para entidades do Conjunto 1 e do Conjunto 2 e permite faces somente para o Conjunto 1. Disponível somente para faces em contato. Nó-superfície. Não requer malhas compatíveis para entidades do Conj. 1 e Conj. 2. Superfície a superfície. Não requer malhas compatíveis para entidades do Conj. 1 e Conj. 2. Atenção! Caso você não esteja visualizando as opções avançadas, clicar no menu suspenso Simulation>Opções>Opções predeterminadas>Malha e selecionar a opção: Exibir opções avançadas para definições de conjunto de contato. 15 Na primeira Caixa de dialogo, selecionar as face indicadas (formarão o Conj. 1). Em seguida, clicar na segunda Caixa de dialogo.... 16 ... e selecionar as faces indicadas na imagem abaixo. Para esta lição, vamos utilizar a opção Selecionar manualmente os conjuntos de contato. Manter a opção Sem penetração e dentro de avançado, manter a opção Superfície-Superfície Clicar em para confirmar. Observar dentro de Conexões, Contatos de componente e Conjuntos de contato. 17 Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Geometria fixa... Selecionar as faces indicadas na imagem abaixo. Clicar em para confirmar. 18 Clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar a opção Força... Vamos utilizar a opção Direção selecionada. Clicar primeiro sobre a face indicada e em seguida, no Plano superior, para, através deste plano, determinar a direção da força. Ao lado, face selecionada. 19 As forças são indicadas colocando valores nas direções indicadas ao lado. Marcar a opção Inverter direção. Observar que a primeira direção não tem força aplicada. Isto resulta em: Clicar em para confirmar. 20 Vamos aplicar um Controle de Malha na Haste. Clicar sobre Malha com o botão direito do mouse e selecionar a opção Aplicar controle de malha... Deslocar o controle deslizante para a direita, conforme imagem abaixo e selecionar a face indicada. Como existem forças laterais sobre a Haste, esta deve sofrer maior tensão. Por isso, vamos aplicar um controle de malha na Haste, e assim, obter valores mais precisos nesta região. 21 Clicar em para confirmar. Em seguida, clicar sobre Malha com o botão direito
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