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Apostila de treinamento ANSYS Workbench

Apostila de Treinamento em Elementos Finitos com ANSYS

Eng. Domingos F. O. Azevêdo

SUMÁRIO APOSTILA DE TREINAMENTO ANSYS WORKBENCH ...................................................... ....................... 1 SUMÁRIO ........................................................ ............................................................ .......................................... 2 INTRODUÇÃO .......................................................... ........................................................... ................................. 3 TELA INICIAL DO ANSYS WORKBENCH ........................................................... .......................................... 7 AMBIENTE DE ANÁLISE – DESIGN SIMULATION .................................................... ................................. 9 DETALHAMENTO DAS REGIÕES DA INTERFACE........................................................ ........................................ 13

Menus e Barras de Ferramentas .......................................................... .................................................. 13 Painel da Árvore ........................................................ ........................................................... ..................... 16 Painel de Detalhes .................................................... ........................................................... ..................... 17 Janela Gráfica .................................................. .................................................. ........................................................... ............................... 18 Abas do Documento ........................................................... ........................................................... ........... 18 Janela Simulation Wizard ............................................................ ........................................................... . 19 Barra de Status .......................................................... .......................................................... ........................................................... ..................... 20 EXEMPLO 1 – ANALISE DE UMA PEÇA: ........................................................... .................................................. 21 ANÁLISE ........................................................ ............................................................ ........................................ 26 EXEMPLO 2 – ANALISE DE UM CONJUNTO DE PEÇAS: ..................................................... ............................... 29

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SUMÁRIO APOSTILA DE TREINAMENTO ANSYS WORKBENCH ...................................................... ....................... 1 SUMÁRIO ........................................................ ............................................................ .......................................... 2 INTRODUÇÃO .......................................................... ........................................................... ................................. 3 TELA INICIAL DO ANSYS WORKBENCH ........................................................... .......................................... 7 AMBIENTE DE ANÁLISE – DESIGN SIMULATION .................................................... ................................. 9 DETALHAMENTO DAS REGIÕES DA INTERFACE........................................................ ........................................ 13

Menus e Barras de Ferramentas .......................................................... .................................................. 13 Painel da Árvore ........................................................ ........................................................... ..................... 16 Painel de Detalhes .................................................... ........................................................... ..................... 17 Janela Gráfica .................................................. .................................................. ........................................................... ............................... 18 Abas do Documento ........................................................... ........................................................... ........... 18 Janela Simulation Wizard ............................................................ ........................................................... . 19 Barra de Status .......................................................... .......................................................... ........................................................... ..................... 20 EXEMPLO 1 – ANALISE DE UMA PEÇA: ........................................................... .................................................. 21 ANÁLISE ........................................................ ............................................................ ........................................ 26 EXEMPLO 2 – ANALISE DE UM CONJUNTO DE PEÇAS: ..................................................... ............................... 29

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Introdução O programa Ansys é um dos vários programas de análises pelo método de elementos finitos existentes no mundo. Outros programas, por exemplo, são: Algor, Ideas, Abaqus, Visual Nastran, etc. A análise por elementos finitos que originalmente foi desenvolvida para sólidos, atualmente é utilizada também na mecânica dos fluídos, transferência de calor, magnetismo, etc. A utilização destes programas se justifica quando a geometria das peças é complexa ou se tem a interação de materiais diferentes, pois o método usado pelo computador é o método numérico e não o método analítico. O método numérico realiza mais rapidamente, os cálculos do que uma pessoa com sua calculadora. O programa mostra os resultados graficamente na tela permitindo identificação visual da geometria e resultados facilitando a interpretação do que está ocorrendo na peça ou conjunto. O processo de desenvolvimento do projeto é acelerado pelaa rapidez de análise que possibilita a otimização coerente da peça ou conjunto antes da sua fabricação. O aumento significativo da utilização destes tipos de programas na execução de análises se deve principalmente á crescente velocidade de processamento dos computadores nas ultimas décadas e á facilidade de acesso a estes pela sua redução de custo. Os programas de análises se utilizam das informações existentes nos arquivos dos desenhos feitos em computador (CAD) para saber, entre outras coisas, a geometria das peças. Alguns programas como o Ansys também permitem que o desenho seja feito no próprio programa. Esta geometria da peça, que é originalmente contínua, é subdividida pelo programa de análise, em pequenos elementos, em uma quantidade finita, mantendo estes elementos interligados por nós, formando aquilo que denominamos malha, este processo chama-se Discretização. E é desta divisão em elementos que surgiu o termo “análise pelo método de elementos finitos”.

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Cada um dos elementos é interpretado como uma mola que possui rigidez e tamanho predeterminado. Vide figura a seguir.

Portanto: σ

=

F A

,ε

=

∆l

l

,σ

= E ε

 EA   ∆l , similar to F  l 

F =

= kx

Cada um dos elementos é analisado como se fosse uma mola e contribui para a formação das matrizes nos termos de carregamento, deslocamento e rigidez. Sendo que a rigidez depende das propriedades do material e geometria da peça. Vide figura abaixo.

O conjunto dos elementos através dos nós comuns á eles formam a matriz global, com dois elementos, dois nós cada elemento e um grau de liberdade. Vide figura abaixo.

As condições de contorno globais (carga e apoios) são aplicadas aos nós.

 F1   K1 + K 2 F  =  −K 2  2 

− K 2   U1 

K2

 U    2

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O programa calcula o deslocamento de cada um dos nós e as tensões naquele ponto. O tempo de processamento para obterem-se os resultados depende diretamente da quantidade de nós e elementos existentes. Quanto maior a quantidade de nós e elementos, maior o tempo para o computador mostrar os resultados. A análise se divide em três etapas distintas são elas: o pré-processamento, solução e pós-processamento. No pré-processamento se deve definir: a geometria, tipo de análise, malha, propriedades dos materiais e condições de contorno. Na solução se deve definir o tipo de solução desejada (equações lineares ou não lineares) para se obter os deslocamentos nodais. No pós-processamento se podem obter outros tipos de resultados tais como, tensões, fluxo de calor, convergência, fatores de segurança, etc. O programa pode não realizar a análise por motivos tais como: Má formação dos elementos (devido geralmente aos erros geométricos), insuficiente espaço em disco ou memória RAM e insuficientes informações para as condições de contorno. Na figuras abaixo, se tem á esquerda as condições de contorno de uma peça com apoios e carga aplicada nos furos e a direita a mesma peça com a malha discretizada automaticamente pelo programa ANSYS 8.0.

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Na figura abaixo, são mostradas as definições relativas á análise do projeto da peça anterior.

Definições: Pré - Processamento

Definições: Solução e Pós-processamento

Definição de Material Pré - Processamento

Nas figuras abaixo, se tem um exemplo de resultados da análise estrutural, onde á esquerda é mostrada a peça colorida, representando a variação de tensão nesta, tendo ao lado na legenda, uma barra colorida mostrando a correspondência entre as cores e a variação de tensão na peça. Á direita é mostrada a mesma peça e a deformação sofrida em decorrência das condições de contorno e da elasticidade do material da peça.

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Tela inicial do Ansys Workbench Ao iniciar o programa Ansys Workbench a tela mostrada na figura abaixo deve aparecer mostrando algumas opções para criar um novo projeto de análise são elas: 1° Conectar com o desenho atualmente aberto e ao programa de CAD no Computador, 2° Conectar com o arquivo de desenho no computador ou na rede e 3° Não conectar para que o desenho seja feito no próprio Ansys.

Opções Criar um novo Projeto

Clicando em Open na existent project (Abrir um projeto existente) aparecem as pastas que contém arquivos de projeto (*.wbdb) workbench data base, após selecionar a pasta que se desejada abrir, pode-se clicar em Open. Vide figura abaixo.

Abre um projeto existente

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O Ansys Workbench™ possui três ambientes funcionais diferentes que estão interligados associativamente, ou seja, podem fornecer instantaneamente informações para os outros ambientes são eles: o Design Simulation, o Design Modeler e o Design Xplorer. No ambiente do Design Simulation, se podem realizar as análises de peças ou conjuntos de peças, seja análise estrutural, térmica ou de vibrações. No ambiente do Design Modeler, se podem desenhar peças para análises. No ambiente do Design Xplorer, se podem realizar estudos para a melhoria das peças pela mudança de parâmetros que o projetista pode escolher. Nesta apostila detalharemos apenas o ambiente Design Simulation.

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Ambiente de análise – Design Simulation Para se utilizar das ferramentas para análise existentes no ambiente Design Simulation do Ansys é imprescindível que se tenha um desenho de computador pronto e feito em qualquer um dos programas que o Ansys consiga obter informações do arquivo. Os tipos de arquivos que o Ansys consegue “ler” são aqueles feitos nos programas mostrados na figura abaixo, ou seja, UG, Parasolid, Acis, SolidWorks, Catia, Solid Edge, Mechanical Desktop e Autodesk Inventor. Os programas podem ser associativos ou não associativos com o Ansys. Os Programas associativos são:  Inventor R5.3, R6, … R11  Mechanical Desktop (v5 ou v6)  Pro/ENGINEER 2001/Wildfire  Solid Edge v12 e 14  SolidWorks 2001+, 2003  Unigraphics v18/NX  Design Modeler/AGP 8 Os programas Não-Associativos são:  CATIA v4  CATIA v5 (R2 – R10)  Parasolid (14.1)  ACIS (10.0)  IGES r 4.0, 5.2, 5.3 A vantagem de utilização de programas associativos é que os programas se comunicam entre si podendo trocar informações para sua atualização instantânea, ou seja, além de entender as mudanças de geometria da peça, o Ansys também pode importar outras informações, tais como material, por exemplo, ou enviar informações para a melhoria da peça alterando forma, material, etc. Como foi descrito anteriormente é possível criar um novo projeto baseado em uma geometria existente no computador, para isto, basta localizar o arquivo em Browse de “Select a geometry file” e depois em “Open a new simulation” ou “Open the Project Page”.

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Na figura que se segue, é mostrada a janela da opção “Open the Project Page”, nesta janela, clicando na pasta do projeto, se tem algumas opções importantes, tais como, alterar o nome da peça, definir uma nova unidade de medida para a peça, atualizar a lista de peças existentes na pasta, incluir um novo arquivo na pasta, etc.

Ao clicar em um dos arquivos de peças existentes na pasta, outras opções aparecem, entre elas criar uma simulação. Vide figura abaixo.

Assim ao acessar o ambiente de análise do Design Simulation do Ansys pode-se iniciar as definições necessárias para a simulação da peça ou conjunto de peças, outra opção para iniciar o Ansys automaticamente com os programas associativos citados é através do próprio programa de desenho e ir direto para o ambiente de análise. Vide interface do ambiente na figura que se segue.

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Menus e Barras de Ferramentas

Painel da Árvore

Janela Gráfica

Simulation Wizard

Painel de Detalhes da Árvore Barra de Status Abas de Opções do Documento

Na interface do ambiente do Design Simulation existem regiões distintas, conforme mostrado na figura anterior, nessas regiões se tem opções diferentes para executar procedimentos específicos. Os Menus e Barras de Ferramentas oferecem acesso a recursos de configuração do programa, visualização do modelo, seleção de entidades gráficas, seleção de peças por nome e atualização do modelo. No Painel da Árvore são mostrados todos os modelos de simulação existentes e nestes modelos as suas peças, também são mostradas suas definições de pré e pós processamento, ou seja, malha, materiais, áreas de contato entre as peças, condições de contorno e soluções desejadas. No Painel de Detalhes da Árvore são mostrados todos os detalhes do item selecionado no Painel da Árvore, possibilitando alteração ou definição daquele item. Na Janela Gráfica, podem ser mostradas a geometria, as condições de contorno, os resultados da simulação, além de prévias de impressão e relatório da simulação. Na janela Simulation Wizard se tem opções de orientação para montagem da simulação. Esta janela pode ou não ser mostrada conforme especificação do usuário. Nas Abas do Documento se pode alternar a janela gráfica entre geometria, prévias de impressão e relatório da simulação.

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Na Barra de Status são mostradas as configurações de unidade de medidas, além de mostrar as medidas de uma determinada entidade quando selecionada, por exemplo, comprimento, área, volume.

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Detalhamento das Regiões da Interface Menus e Barras de Ferramentas Detalhadamente temos os menus e barras de ferramentas. Conforme mostrado na figura abaixo. Barra de Menus Principal

Barra de ferramentas Padrão

Barra de ferramentas de Contexto

Barra de ferramentas Gráficas

Barra de ferramentas com Seleção de Grupo

Na figura abaixo aparece a Barra de Ferramentas Padrão detalhada. Simulation Wizard

Salvar

Chave de Seleção

Conversão de Unidades

Comentário

Resolver

Captura de Imagem

Figura

Os ícones mostrados na Barra Padrão oferecem as seguintes opões: Clicando em Simulation Wizard habilita ou não a janela de auxilio á simulação. O ícone de Chave de Seleção torna visível ou oculta a Barra para Seleção de Grupo de peças. O ícone Comentário, quando clicado, faz abrir uma janela para se inserir um comentário á uma peça ou qualquer outro item selecionado no Painel da Árvore. Que aparecerá quando selecionado e também no Relatório da Simulação. O ícone Captura de Imagem quando clicado, captura a imagem ativa da Janela Gráfica permitindo salvamento em arquivo para utilização em outros programas, por exemplo, Paint, Word, etc. Clicando no ícone Salvar executa o salvamento do arquivo de simulação. O ícone Conversão de Unidades torna visível ou não a Barra de Conversão de Unidades não mostrada nas figuras anteriores. Esta barra permite que sejam feitas conversões entre unidades diferentes tal como uma calculadora.

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O ícone Resolver inicia imediatamente a resolução da simulação predefinida. Clicando em Figura o programa insere no Painel da Árvore uma imagem capturada do item ativo na Árvore possibilitando também a sua visualização no Relatório de Simulação. Na figura abaixo aparece o detalhamento da Barra de Ferramentas Gráficas. Adjacente

Rótulo

Direção

Box / Simples

Filtro de Seleção

Manipulação

Ajuste

Aramado

Olhar Para

Janelas

O ícone Adjacente, que aparece inativo na figura anterior, permite acrescentar entidades adjacentes á uma entidade selecionada da peça ou a própria peça. O ícone Direção não executa uma atividade especifica se clicado, ele apenas mostra se esta ativa ou não a seleção de uma entidade Face ou aresta de uma peça para a definição de direção e sentido. O ícone Box / Simples permite alternar entre os dois métodos de seleção, ou seja, selecionar uma entidade simples clicando sobre elas ou todas as entidades dentro de uma caixa. O ícone Ajuste, quando clicado, coloca todas as peças existentes e ativas no modelo visíveis e ajustadas na Janela Gráfica. O ícone Aramado, quando clicado, muda o tipo de Janela Gráfica mostrando apenas as arestas das peças do modelo. Quando clicado o ícone Rótulo, permite que os rótulos que aparecem indicando as condições de contorno, por exemplo, possam ser re-posicionados, arrastando-os para um outro local da peça. Os ícones do Filtro de Seleção preestabelecem o tipo de entidades que serão selecionadas para definir contato, forças, apoios, etc. Os ícones de manipulação possibilitam selecionar o tipo de movimentação visual das peças na Janela Gráfica, posicionado, rotacionando, etc. O ícone Olhar Para, permite a visualização de uma face que já estiver selecionada, centralizada e á frente na Janela Gráfica.

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O ícone Janelas permite a organização e controle da quantidade de Janelas Gráficas ativas. A barra de ferramentas de Contexto tem seu conteúdo alterado sempre que um item diferente da Árvore é selecionado, disponibilizando as ferramentas relacionadas a este item. Vide figura abaixo. A Barra de Ferramentas de Contexto é atualizada dependendo do item selecionado no Painel da Árvore

A barra de ferramentas para Seleção de Grupos, mostrada na figura abaixo, permite especificar as peças, faces ou arestas para formação de um grupo, nomear este grupo, habilitar ou suprimir, controlar a visualização de peças do grupo. Criar um grupo

Selecionar itens do grupo

Nome do Grupo, alternar entre os grupos

Suprimir ou Habilitar grupo

Controle de Visibilidade de itens

Para criação de um grupo de peças, por exemplo, é necessário primeiro selecionar as peças e depois clicar no ícone Criar um Grupo. Obs. Será necessário nomear este grupo. Com a Barra de Conversão de unidades é possível converter valores de uma unidade de medida para outra unidade equivalente. Vide figura abaixo.

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Seleção de tipo Seleção Quantidade e unidade Base Conversão da quantidade e Seleção de unidade

Painel da Árvore No Painel da Árvore existem várias pastas cada uma contendo as definições relativas àquele tópico. Estas pastas estão contidas na pasta Project e referem-se ao projeto ativo. Na pasta Project estão as pastas, Model e Engineering Data, dentro da pasta Model encontra-se a pasta Environment e dentro desta a pasta Solution. Pro eto de Análise Modelo Pe a ou Con unto Detalhes da Geometria: Peças Malha Condi ões de Contorno Detalhes de Contorno Solu ão

Resultados Desejados

Materiais das Pe as

Cada uma das pastas é dependente das definições contidas nelas. Na pasta Model (Modelo) aparece a geometria da peça ou conjunto a ser analisado e também a Mesh (Malha), que é a discretização da geometria, além destes contém a pasta Environment (Condições de contorno) que deve ter todas as condições de contorno para efetuar a análise.

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Dentro da pasta Environment está a pasta Solution (Solução) que deve conter as soluções desejadas para a análise da geometria.

Painel de Detalhes Depois de estabelecidas a geometria, as condições de contorno, materiais e soluções desejadas, pode-se verificar ou definir detalhes do modelo da análise, seleciona-se o item desejado e aparecerão no Painel de detalhes da árvore todos os detalhes relativos àquele item. Vide figura abaixo. A seleção na árvore define o que deve ser mostrado na área abaixo

Alguns detalhes, tais como entidades, devem ser selecionadas pelo projetista.

Algumas opções podem ser oferecidas ao projetista na forma de menus.

Os campos em cinza não podem ser alterados pelo projetista

Quando se altera a seleção na árvore, detalhes daquele item serão mostrados, os detalhes mostrados em campos cinza não podem ser modificados, mas os demais itens podem ser alterados, alguns destes itens referem-se a entidades que devem ser selecionadas, por exemplo, superfícies de apoio, como mostrado na figura acima. Outros itens que necessitam de entrada de informações são; valores de força, pressão, etc. que complementam as condições de contorno, o campo para entrar com estes valores é denominado Magnitude. Se um item da solução (Solution) é selecionado na árvore serão mostrados: a quantidade entidades analisadas, o tipo de definição ou resultado estabelecido e os resultados numéricos; máximo e mínimo.

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Se a Mesh (Malha) for selecionada na árvore, será mostrado o tipo de método utilizado para obtê-la e a quantidade de nós e elementos gerados. Se o item Geometria for selecionado na árvore, serão mostrados os detalhes relativos á peça ou conjunto de peças da análise, tais como, localização do arquivo, propriedades de massa e volume, quantidade de peças e muitas outras informações. Se uma peça em especial for selecionada na árvore serão mostradas informações relacionadas apenas a esta peça, tais como, propriedades gráficas (visibilidade, transparência e cor), definições de material, propriedades de material, etc.

Janela Gráfica Na janela gráfica são mostrados além da geometria das peças da análise, também as condições de contorno ou os resultados, correspondente ao item que estiver selecionado na árvore ou a aba do documento. Durante a exibição da imagem da geometria é possível interagir com a vista movendo, rotacionando, aumentando ou reduzindo sua visualização,

Abas do Documento Existem quatro abas do documento que se selecionadas podem mostrar na janela gráfica informações diversas, são elas; Geometry, Worksheet, Print Preview e Report Preview. Com a aba Geometry selecionada são mostradas além da geometria, as condições de contorno e resultados conforme combinação de seleção na árvore. Com a aba Worksheet selecionada e uma das pastas Environment ou Solution selecionadas na árvore, é possível ver na janela gráfica informações relativas ao item correspondente. Com a aba Print Preview selecionada é possível ver como será impressa a imagem da janela gráfica. Com a aba Report Preview selecionada é possível estabelecer como o relatório da análise será montado, quais itens devem aparecer e quais itens não devem aparecer, posição das figuras, etc.

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Janela Simulation Wizard A janela Simulation Wizard auxilia a execução da análise indicando ao projetista onde estão as ferramentas e a ordem em que devem preferencialmente ser feitos os procedimentos antes da análise. Vide figura abaixo. Etapas Requeridas Verificar Material Inserir Cargas Inserir Apoios

Resolver

Inserir Resultados Desejados Ver Resultados

Ver Relatório

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Ao selecionar um item no Simulation Wizard é indicado na interface onde se localiza as ferramentas para executar aquele procedimento. Ao iniciar o Design Simulation a janela Simulation Wizard é iniciada automaticamente possibilitando definir o tipo de análise desejada Estrutural, Térmica, Fadiga, etc. Vide figura abaixo.

Análise de Fadiga Análise de Vibração

Otimizador de Forma Análise Térmica Análise Estrutural de Materiais Frágeis Análise Estrutural de Materiais Dúcteis

Barra de Status Na Barra de Status podem ser mostrados áreas de superfície, comprimentos, etc. das entidades selecionadas. Vide figura abaixo.

Área da superfície

Comprimento da Aresta

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Exemplo 1 – Analise de uma peça: Existem modos diferentes de iniciar a análise de uma peça ou conjunto, um destes modos é feito conforme descrito abaixo. 1° - Iniciar o Ansys Workbench 2° - Clicar em “Create a new project”, para criar um novo projeto de análise. 3° - Selecionar a segunda opção que é “A link to a geometry file on my computer”, para encontrar uma peça existente no computador. Vide figura abaixo. 4° - Clicar em Browse... de “Select a geometry file”, para localizar o arquivo de desenho que se deseja analisar, neste exemplo, o arquivo a ser utilizado é um arquivo do tutorial do inventor denominado Link, que se encontra em C: \Arquivos de programas\Autodesk \Inventor 8\Tutorial Files\ NewClaw.ipt. 5° - Na opção “Choose a default name and location” é possível escolher o local onde devem ficar os arquivos que serão gerados pelo exemplo clicando em Browse. 6° - Mais abaixo é possível abrir uma nova simulação baseada na geometria selecionada clicando em “Open a new simulation based on the selected geometry”.

1° - Iniciar o Ansys 4° - Localizar o Arquivo 2° - Criar novo Projeto

3° - Usar Desenho um Existente

6° - Entrar no ambiente criando uma Simulação

5° - Definir onde guardar os arquivos

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7° - O ambiente de simulação é então iniciado conforme mostrado na figura abaixo. Neste ambiente seleciona-se Stress Branch – Dutile Material, ou seja, Simulação estrutural de material dúctil (macio). O material a ser utilizado será o material padrão que foi definido automaticamente ao iniciar a simulação “Structural Steel”.

Selecionar Stress Ductile Material

Ao selecionar a opção são mostrados, no Simulation Wizard, os procedimentos que se deve seguir para a simulação, e automaticamente são colocados os tipos de soluções normalmente desejados para este tipo de material, conforme mostrados na figura abaixo.

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8° - Seguindo-se os procedimentos recomendados no Simulation Wizard clica-se em “Insert Loads” no próprio “Simulation Wizard” e ele nos mostrará onde encontrar as opções para inserir as cargas, conforme mostrado na figura anterior. 9° - Clicando-se onde foi indicado “Structural” para este exemplo seleciona-se “Force”, imediatamente aparece Force na pasta Environment e o cursor do mouse estará pronto para que o projetista decida onde deve ser aplicada a carga na peça. Para este exemplo será aplicada na face que aparece em verde na figura abaixo.

Carga

Aplicar a Carga apenas nesta Face

Definir a Magnitude da Carga

Face selecionada

Definir o Sentido da Carga

10° - Depois de clicar na face é necessário aplicar para confirmar a seleção ou cancelar se a entidade geométrica selecionada não for o local correto para a carga. 11° - Clicando no campo Magnitude que aparece amarelo no painel de detalhes se pode estabelecer o valor da carga. Para este exemplo coloca-se 2000 Newtons. 12° - Se o sentido de aplicação não estiver correto, clica-se no campo em amarelo Direction e depois em uma face ou aresta para ter uma referência de direção e depois nas setas que aparecem no canto superior direito da janela gráfica e alterar-se o sentido da carga. 13° - Seguindo os procedimentos em “Simulation Wizard” clica-se em “Insert Supports” e depois em “Fixed Support”. Neste momento aparece o “Fixed Support” também na pasta “Environment” e o cursor do mouse novamente fica pronto para

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selecionar uma ou mais entidades geométricas da peça para serem os apoios da peça. Neste exemplo é necessário selecionar os furos da peça mostrados na figura abaixo. Para isto é necessário manter pressionada a tecla CTRL, para realizar a seleção múltipla das entidades e aplicar. Apoios

Furos

Aplicar

14° - Uma vez que já foram definidas as condições de contorno, material e os resultados desejados, pode-se resolver clicando em Solve. Solve é acessado na Barra de Ferramentas Padrão ou clicando-se com o botão direito em qualquer local da árvore. O Ansys irá iniciar a simulação verificando se todas as condições iniciais foram atendidas, criar a malha, preparar o modelo, resolver o que foi requisitado e por fim, mostrar os resultados na janela gráfica. No “Simulation Wizard” devem aparecer todos os itens ticados em verde, indicando que tudo foi realizado corretamente e na árvore ao lado de cada resultado devem aparecer os mesmo sinais. Vide figura ao lado.

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Vide as figuras a seguir com os resultados.

Malha

Tensão de Cisalhamento

Fator de Segurança

Tensão von Mises

Deformação

Margem de Segurança

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Análise O mais importante de tudo o que é simulado no Ansys ou qualquer outro programa de análise depende do projetista, uma vez que é ele quem define material, condições de contorno, resultados, etc. são estabelecidos pelo projetista e é ele quem deve analisar os resultados obtidos e aprovar ou não o projeto. Ao aprovar um projeto, o projetista está atestando sua funcionalidade, segurança e confiabilidade. Esta apostila não tem como objetivo ensinar o projetista decidir quando deve ou não aprovar um projeto, mas algumas dicas podem auxiliar para que este caminho, entre idealização e aprovação do projeto, seja encurtado. Uma maneira de realizar isto é responder á algumas questões: A peça ou conjunto atende a funcionalidade esperada da máquina ou equipamento? A peça ou conjunto podem ser fabricados com os recursos de fabricação disponíveis? A peça ou conjunto podem ser fabricados com materiais ou processos diferenciados que reduzam seu custo? É possível reduzir seu custo alterando a matéria prima ou processo de fabricação? A peça ou conjunto podem oferecer risco á segurança das pessoas envolvidas no processo de fabricação, transporte, utilização ou qualquer outra fase de sua vida útil ou durante a reciclagem do material? Em caso de falha da peça ou conjunto existe alguma possibilidade de que ocorra falta de segurança como as citas anteriormente? A peça ou conjunto podem oferecer risco á segurança do patrimônio em qualquer fase de sua vida ou durante a reciclagem? As tolerâncias de dureza, dimensionais, etc. são adequadas ao projeto, ou seja, não são estreitas demais encarecendo desnecessariamente nem abertas demais causando mal funcionamento do conjunto ou risco á segurança? O tempo de vida da peça ou conjunto está dentro do esperado pelo cliente? A disposição da peça ou conjunto permite a manutenção periódica e troca de seus componentes?

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Os componentes do tipo; parafusos, porcas, rolamentos, motores, etc. utilizados na construção da máquina ou equipamento são normalizados ou são especiais? Não seria possível substituir os componentes especiais por normalizados e assim reduzir o custo de fabricação e manutenção? As perguntas formuladas não estão necessariamente em uma ordem de prioridades. Outras perguntas poderiam ser formuladas para complementar o questionário, de forma a se obter maior certeza de um perfeito funcionamento, confiabilidade e segurança. Mas para esta apostila que como dito anteriormente não tem esta finalidade já é suficiente. Uma pergunta que poderia ser formulada pelo leitor agora é: Como utilizar os resultados obtidos através do Design Simulation do Ansys para obter algumas das respostas necessárias? No exemplo dado não foi especificado a aplicação a ser dada á peça ou seus critérios de funcionamento e segurança e diversos outros aspectos importantes para uma completa exploração deste caso, mas se podem verificar através dos resultados alguns itens importantes citados no questionário, são eles: A tensão de escoamento á tração que o material suporta é 250MPa e o maior valor obtido pela simulação (Tensão Equivalente von-Misses) foi 150MPa, ou seja, a peça não irá romper por tração ou compressão. A tensão de cisalhamento (Shear) que o material suporta é a metade da tensão de escoamento 125MPa, e o maior valor obtido na simulação foi 77,7MPa, portanto a peça também não romperá por cisalhamento. A maior deformação obtida pelo Design Simulation foi 0,1mm, portanto se esta deformação não impedir o funcionamento do equipamento é um critério que obteve aprovação. Foram colocadas automaticamente como itens de resultados desejados duas pastas Stress Tool e Stress Tool 2 em Solution. Se verificar o seu conteúdo se vê que existem dois resultados em cada uma das pastas e referem-se ás tensões von Mises e Cisalhamento (Shear) respectivamente. Existe o Safety Factor (Fator de Segurança) e o Safety Margin (Margem de Segurança) quando á tensão von Mises o fator de segurança mínimo é 1,7 e a margem de segurança é então 0,7.

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Da mesma forma o fator de segurança para cisalhamento é 1,6 e a margem de segurança é então 0,6. Ou seja, em ambos o programa forneceu os fatores de segurança e a margem de segurança que se está sendo utilizada para a peça. Se a aplicação da peça não for crítica e não houver carregamento cíclico que venha a causar fadiga do material a peça do exemplo pode ser aprovada. Entretanto, se a utilização da peça fosse em uma máquina ou equipamento em que a segurança pudesse ser prejudicada em caso de falha seria necessário rever o projeto para que o fator de segurança fosse aumentado. Para aumentar o fator de segurança é possível alterar o material, alterar a sua geometria nos pontos críticos, ou seja, onde as tensões são maiores ou reduzir o carregamento. Entretanto se a aplicação não for crítica, mas a peça durante sua utilização estiver submetida a cargas que variem com o tempo e eventualmente possam causar a fadiga do material, é necessário que seja feito uma nova análise para verificar se a peça não falhará por fadiga. No Design Simulation do Ansys é possível alterar o material da análise colocando um outro existente na livraria ou criar um novo material e também verificar a resistência á fadiga de materiais.

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Exemplo 2 – Analise de um Conjunto de Peças: A análise de conjuntos de peças montadas se diferencia da análise de apenas uma peça por necessitar de definição de contato entre as peças e consequentemente da interação entre estas peças do conjunto. As peças do conjunto podem ser de materiais diferentes que o Ansys irá simular o comportamento interativo de cada material. Os contatos entre as peças são aplicados automaticamente entre as faces das peças, como se as peças estivessem coladas (Bonded) se a proximidade entre as peças for menor que um valor predefinido. Entretanto o tipo de contato pode ser alterado a qualquer tempo pelo analista. Vide figura abaixo. As definições de contato estão em detalhes da árvore quando se seleciona Contact.

Um conjunto de peças ao ser transferido para o ambiente de simulação leva o nome de cada uma das peças que fazem parte do conjunto, podendo então serem identificadas facilmente para que possam receber a especificação dos materiais com os quais serão construídos.

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Ao selecionar uma peça do conjunto na árvore, o painel de detalhes da árvore mostrará informações relativas àquela peça em especial, entre estas informações está a especificação do material, clicando sobre o campo do material se pode alterar o material. Clicando em Browse aparece uma janela de diálogo que mostra os materiais existentes na biblioteca do Ansys para realizar a troca. Nos programas associativos o material pode ser importado e aplicado automaticamente a cada uma das peças. Neste exemplo de conjunto de peças, um pistão tem um pino encaixado na bucha de bronze de uma biela e também nesta, dois casquilhos de bronze onde deverá estar o virabrequim. Supondo que uma determinada carga seja aplicada sobre a superfície do pistão devido a explosão na câmara de combustão de um motor. Quais seriam os pontos com as maiores tensões no conjunto? Para analisar a condição citada é necessário colocar as condições de contorno mais próximas possíveis da realidade. Neste exemplo foi colocada uma força de 10kN (Force) sobre o pistão, apoio fixo (Fixed Support) em um dos casquilhos e um apoio sem atrito (Frictionless Support) na superfície externa do pistão. Obs.: a temperatura de análise é 22 °C. Vide figura abaixo mostrando as condições de contorno.

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Note que a temperatura da análise é irreal, pois uma câmara de combustão de motor é superior aos 22 °C, mas para este exemplo desprezou-se esta condição. Antecipadamente, se pode definir o tipo de análise como “Stress Branch – Ductile Material no Simulation Wizard”, ou seja, análise para materiais dúcteis (macios) e formar a malha (Mesh) clicando sobre Mesh com botão direito do mouse e depois em Preview Mesh (Prévia da Malha). Vide figura abaixo.

Após a geração da malha (Discretização) basta clicar no raio amarelo ou com botão em Solve para iniciar a análise. Vide figura abaixo.

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Ao clicar em Solve o Ansys inicia a análise e mostra em uma janela o status da análise que possui diversas etapas entre elas a preparação, resolução e atualização gráfica dos resultados. Vide figura anterior. Ao encerar a análise se podem ver na janela gráfica os resultados clicando em cada uma das soluções.

Na figura ao lado é mostrado o resultado das tensões von Mises, mas os maiores valores estão ocultos pelo pistão, esta visualização mostra o exterior com cores suavizadas e também o modelo indeformado. É obvio que com esta visualização não se pode saber onde exatamente ocorrem as maiores tensões.

Ocultando o pistão na visualização é possível ver que a região de grande tensão na peça ocorre entre o pino e a bucha, conforme mostrado na figura abaixo, para isto clica-se com botão direito do mouse sobre a peça desejada e depois em Hide Body.

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Outra alternativa para a visualização é trocar de exterior para IsoSurfaces na barra de ferramentas de contexto, para se ter a visualização da região. Vide figura ao lado.

Na figura ao lado, se pode ver que as tensões de cizalhamento ocorrem na mesma região.

Ao lado se vê a deformação exagerada que ocorre nas peças em função da carga e rigidez do material.

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apostila-ansys-workbench (1).pdf

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