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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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;
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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
Kg/m^3
Kg/cm^3
Lbf/in^3
K
°C
°F
massa temperatura
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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.
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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.
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•
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.
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•
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.
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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).
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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, conforme imagem acima).
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Elementos de segunda ordem (qualidade alta, conforme imagem acima).
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Elementos de malha de casca de primeira ordem (qualidade de rascunho, conforme imagem acima).
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Elementos de segunda ordem (qualidade alta, conforme imagem acima).
Elementos de malha de viga, são representados conforme imagem abaixo.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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;
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Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Estudo de uma Peça no Simulation .............................................................. 4 Conclusão ....................................................................................................... 43
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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;
3
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)
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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. Sobre ela, é montada uma segunda peça que estará representada aqui por uma força equivalente ao seu peso.
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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 Aba do SolidWorks Simulation
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.
Clicar em Novo Estudo
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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 Escolher Estático. Confirmar
módulo Estático é necessário. Para quem tem mais opções (Freqüência, Flambagem, Térmico, etc.) está instalado o SolidWorks Simulation Professional.
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Observar agora as mudanças no seu SolidWorks. Primeiro, ícones foram acrescentados na aba do Simulation (veremos os ícones em detalhes em outro momento).
Estudo
Na lateral esquerda, temos as etapas a serem seguidas, para configurar uma análise.
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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.
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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.
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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
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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.
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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. Observar que, caso já tenha sido aplicado um material a peça, com o SolidWorks, o SolidWorks Simulation utiliza Observação
este material (porém pode ser trocado conforme necessidade). Identificamos se um material já foi aplicado através do ícone
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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.
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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.
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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.
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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.
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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...
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Vamos ver agora outros tipos de fixações.
Ao lado, temos as fixações (Padrões e Avançadas), faltando apenas Imóvel (Padrão, porém, esta opção não está disponível para sólidos).
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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.
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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).
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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.
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Selecionar as 3 faces indicadas na imagem abaixo.
A força aplicada é de 9500 N por face Clicar em
.
para confirmar.
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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.
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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).
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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.
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Unidade de medida previamente configurada
Ativa o esquema de geração de malha de Voronoi-Delaunay para as operações subsequentes de geração de malha.
Disponível somente para malha com base em curvatura. O tamanho de elemento máximo é usado para os limites com a curvatura mais baixa.
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. 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.
Disponível somente para malha com base em curvatura. O tamanho mínimo de elemento é usado para os limites com a curvatura mais alta.
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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.
Manter os valores padrões e clicar em
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.
para confirmar. Caixa de
mensagem mostra o progresso da geração da malha.
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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.
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Informações sobre o estudo. Observar a escala de distorção.
Plotagens configuradas no início da lição.
Plotagem selecionada (Tensão).
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.
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Deslocamento: Para selecionar Deslocamento, duplo clique sobre este, nos Resultados.
Deformação: Para selecionar Deformação, duplo clique sobre este, nos Resultados.
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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.
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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).
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.
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.
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Clicar sobre Tensão com o botão direito do mouse e selecionar Opções de diagrama..., conforme imagem ao lado
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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 partes exibidas. Automático. Se marcado, escolhe automaticamente os valores mínimo (Mín) e máximo (Máx) diagrama.
do
Definido. Se marcado, você especifica os valores mínimo (Mín) (Máx)
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.
e máximo
do diagrama.
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Valor
predeterminado
mapa de predeterminado plotagem.
. Usa o cores na
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 mapeamento de cor. Numero
de
cores
o 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.
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Clicar sobre Tensão com o botão direito do mouse e selecionar Configurações..., conforme imagem ao lado
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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.
Opções de plotagem deformada.
Linha. Usa contornos de linhas coloridas.
Sobrepor modelo na forma deformada. Se marcado, exibe a forma não deformada do modelo sobre a forma deformada usando as seguintes configurações:
Discreta. Usa contornos preenchidos com cores com sombreamento discreto. Contínua. Usa contornos preenchidos com cores com sombreamento liso. Opções de limite Nenhum. Desativa exibição do limite modelo.
a do
Modelo. Exibe as arestas de limite do modelo.
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.
Malha. Sobrepõe a plotagem de resultado selecionada sobre a plotagem de malha.
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Abaixo, exemplo de Configurações onde Opções de demarcação é Continua e Opções de limite é Malha.
39
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 nó.
as
coordenadas
globais
do
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.
40
Clicar em (um ou) vários pontos da peça (usar a imagem abaixo como referencia). Observar os valores para cada nós selecionado.
41
Após selecionar vários pontos, podemos criar uma Plotagem, em forma de gráfico, conforme imagem abaixo.
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.
Salve e feche o arquivo.
42
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;
43
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;
44
•
Duplicar um Estudo;
•
Fazer modificações em um Estudo;
•
Conhecer outros tipos de fixação;
45
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Conhecendo recursos do SolidWorks Simulation para Peças ....................... 4 Conclusão ....................................................................................................... 20
2
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;
3
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.
4
No arquivo Lição 01, contém o Estudo 1, o qual estávamos trabalhando na lição anterior. Não trabalharemos com o Estudo 1, mas sim, vamos duplicálo 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.
5
Ao confirmar, temos o Estudo 2.
6
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...
7
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.
8
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.
9
Clicar em
para confirmar.
Em um primeiro momento, Geometria Fixa e Rolagem/Deslizamento
+
podem
mesmo
apresentar
o
Articulação
fixa,
resultado,
o
cancelamento do deslocamento em X, Y e Z, porém
existe
uma
Rolagem/Deslizamento
diferença +
significativa,
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.
10
Após executar o estudo, vamos comparar os resultados Com Geometria Fixa
Rolagem/Deslizamento + Articulação fixa
11
Plotagens:
Ao clicar sobre Resultados com o botão direito do mouse, temos outros tipos de plotagem, tais como:
Fator
Percepção
de
Segurança,
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.
12
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
13
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.
14
Ao confirmar, temos a Distribuição do fator de segurança, onde o fator de segurança mínimo é aproximadamente 16.
15
Agora
vamos
verificar
a
percepção do projeto. Clicar sobre Resultados com o botão
direito
selecionar
a
plotagem
de
do
mouse,
opção
e
Definir
percepção
do
projeto... A plotagem de percepção do projeto mostra as regiões do modelo que suportam as cargas de
maneira
Alguns
mais
eficiente.
usuários
podem
reconhecer esse gráfico como plotagem
de
"caminho
de
carga". Você pode usar essa informação
para
reduzir
o
material no modelo.
16
Você pode sobrepor uma plotagem de percepção do projeto ao seu modelo enquanto edita os recursos de geometria.
17
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.
18
Exemplo de percepção de projeto
Modelo original
Plotagem de percepção
Modelo após material
mostrando cargas
do projeto com um
ser removido
(rosa) e restrições
caminho contínuo entre
manualmente das
(verde)
as cargas e restrições
regiões que não sustentavam uma parte grande da carga
Clicar em
para confirmar.
Salve o arquivo como Lição 02 em seu computador.
19
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;
20
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;
21
•
Trabalhar com controle de malhas;
22
•
Múltiplos estudos no Simulation;
Malha média
Malha fina
Malha média com controle de malha.
23
•
Aplicação de refinos locais de malha;
24
•
Trabalhar com malhas;
25
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Conhecendo recursos de malha do SolidWorks Simulation .......................... 4 3. Estudo Peça Apoio...................................................................................... 27 Conclusão ....................................................................................................... 38
2
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;
3
2. Conhecendo recursos de malha do SolidWorks Simulation
Abrir a peça chamada Suporte (localizada na Lição 02).
4
Na aba Simulation, selecionar o ícone Novo estudo, conforme imagem ao lado. Vamos chamar este estudo de Estudo 1
Clicar em para confirmar.
5
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.
6
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.
7
Vamos agora acrescentar uma fixação. Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse, e selecionar Geometria fixa.
8
Agora, precisamos selecionar as regiões onde o modelo estará fixado.
Selecionar as faces indicadas na imagem ao lado.
Clicar sobre
para
confirmar
9
Para aplicar a força, clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar a opção força, conforme imagem abaixo.
10
Agora, precisamos selecionar a região onde a carga estará aplicada ao modelo.
Selecionar face
a
indicada
na imagem ao lado.
O valor da força é 500 N.
Clicar sobre para confirmar
11
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.
12
Malha padrão: Ativa o esquema de geração de malha de VoronoiDelaunay 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.
13
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.
14
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.
15
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.
16
17
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
extremamente refinar
uma fina,
malha podemos
(controle
de
a
região
somente
malha) 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.
18
Para colocar um controle de malha, clicar sobre malha com o botão direito do mouse e selecionar Aplicar controle de malha...
19
Selecionar as faces indicadas na imagem abaixo. Manteremos os valores padrões. Clicar em
para confirmar.
20
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.
Como fizemos uma modificação que afeta a malha, esta precisa ser refeita.
21
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.
22
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.
23
Abaixo, os resultados da tensão.
24
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.
25
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.
26
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.
27
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.
28
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.
29
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.
30
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.
31
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.
32
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.
33
Todas
as
análises
serão
executas
ao
mesmo
tempo,
independentemente do número de estudos. Abaixo, o estudo Malha Grossa, com a opção Resultado deformado ativada.
34
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%
35
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.
Malha
Tensão
Deslocamento
Nós
Elementos
196,311
0,04360 mm
2079
1063
216,541
0,04432 mm
9527
5721
218,822
0,04460 mm
80322
53798
Grossa Malha Média Malha Fina
36
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.
37
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;
38
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:
39
•
Trabalhar com montagens;
•
Aplicação de materiais;
40
•
Trabalhar com contatos;
41
•
Refino local de malha;
42
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Montagem no SolidWorks Simulation ............................................................ 4 Conclusão ....................................................................................................... 24
2
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;
3
2. Montagem no SolidWorks Simulation
Abrir a montagem chamada Conjunto, da Lição 03, conforme imagem abaixo.
4
Criar um novo estudo estático, selecionando a opção Novo estudo, conforme indicado abaixo.
O nome do estudo pode ser Estudo 1.
5
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...
6
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
.
7
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.
8
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 superfíciesuperfície 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.
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 ferramentas seleção.
na barra de Filtro de
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. 9
Selecionar Contato Global (Unidas) , e com o botão direito do mouse, selecionar a opção Editar definição...
10
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.
11
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.
12
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.
13
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.
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.
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.
14
Na primeira Caixa de dialogo, selecionar as face indicadas (formarão o Conj. 1). Em seguida, clicar na segunda Caixa de dialogo....
15
... 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.
16
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.
17
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.
18
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.
19
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.
20
Clicar em
para confirmar.
Em seguida, clicar sobre Malha com o botão direito do mouse e selecionar a opção Criar malha...
Vamos utilizar Malha padrão, mantendo os valores padrões do SolidWorks Simulation.
Clicar em
para confirmar.
21
Abaixo, malha aplicada sobre a peça.
Clicar sobre Executar estudo.
22
Abaixo, resultado da análise.
23
Conclusão
Com o término desta lição, apresentamos as técnicas de trabalho necessárias para a análise de montagens com o SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento teórico adquirido até o momento em conjunto com a prática adquirida com a lição atual em conjunto com a próxima lição, você estará 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 disso, estará capacitado 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 nas lições anteriores. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: •
Trabalhar com montagens;
•
Trabalhar com contatos;
•
Aplicação de materiais;
•
Refino local de malha;
24
Na próxima lição, iremos praticar os comandos apresentados nesta lição para o ambiente de conjuntos mecânicos aos usuários e trabalhar os conceitos básicos referentes à construção de Malhas de elementos sólidos para componentes de uma montagem com o SolidWorks Simulation, criação de malha Local para criar refinos de malha em componentes/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 trabalho. 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:
25
•
Trabalhar com montagens;
26
•
Aplicação de materiais;
27
•
Trabalhar conexões de Pino;
28
•
Trabalhar com contatos;
29
•
Trabalhar conexões de Pino;
30
•
Refino local de malha;
31
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Montagem com Conectores .......................................................................... 4 Conclusão ....................................................................................................... 34
2
1. Objetivos
Este capítulo tem por objetivo apresentar ao usuário e praticar os recursos disponíveis no SolidWorks Simulation para análises de montagens, enfocando nos principais recursos necessários e funcionalidades mais específicas para que seja possível ao usuário, extrair resultados mais específicos. A sistemática de trabalho parte de uma 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, além da aplicação de Conectores de Pinos realizando a verificação dos mesmos na montagem, o quão adequado eles estão ao projeto. Abaixo, principais tópicos que serão abordados nesta lição. •
Trabalhar com montagens;
•
Trabalhar com contatos;
•
Aplicação de materiais;
•
Refino local de malha;
•
Trabalhar conexões de Pino;
3
2. Montagem com Conectores
Abrir a montagem chamada Garra Fixadora, da Lição 05, conforme imagem abaixo.
O mecanismo está travado, em virtude de uma restrição de montagem chamada "Movimento Bloqueado". Caso queira testar o movimento, suprimir a restrição. Ao final do teste, retornar a supressão.
4
Em seguida, criar um novo estudo Estático chamado Exemplo 1, conforme imagem abaixo.
5
Selecionar Peças com o botão direito do mouse, e Aplicar material a todos...
O material aplicado é AISI 1020. Aplicar e Fechar.
6
Em seguida, Editar o Contato Global, clicando sobre ele com o botão direito do mouse e selecionando a opção Editar definição...
7
Alteração do Tipo de contato global.
Trocar o contato Global, de Unido(Sem folga) para Sem penetração, conforme imagem ao lado. Como vamos avaliar Pinos, não podemos utilizar unido, ou seja, temos que tratar o conjunto como mecanismo de peças individuais. Abaixo, região dos Pinos.
Clicar em OK para confirmar.
8
Clicar em Conexões com o botão direito do mouse e selecionar a opção Pino...
9
O Property manager do comando Pino é aberto. Selecione as faces/arestas onde o pino estará inserido.
Selecione para travar a translação do pino. Selecione para travar a rotação do pino.
Quando desmarcada a/as opções acima, informe a rigidez axial e/ou rotacional do pino.
Selecione o material do pino.
Ao habilitar Dados de resistência, você informa a área de tensão de tração do pino, a resistência do pino que pode ser igual a do material selecionado ou não, e o Fator de segurança do pino.
10
Conforme a imagem abaixo, selecionar em cada quadro, uma face do furo. Faces devem ser concêntricas.
11
Podemos especificar Dados de resistência (área do furo 0.3165 cm^2), material (AISI 1020) e Fator de segurança (2).
Observe que estes dados são de responsabilidade do usuário, e devem ser inseridos corretamente caso esteja interessado em realizar a verificação dos pinos da montagem, caso a intenção não seja verificar a segurança dos pinos da montagem, estes dados poderão ser ignorados, ou seja, não é obrigatório o usuário informar estes parâmetros ao software caso não queira verificar o nível de segurança dos pinos.
12
Repetir o procedimento para o outro lado, conforme imagem abaixo.
13
Desmarcar Dados de resistência, pois não estamos interessados nos pinos de diâmetro 3 mm.
14
Aplicar Pinos a todos os furos de 3 mm, conforme indicado na imagem abaixo.
15
Clicar sobre Acessório de fixação com o botão direito do mouse e selecionar Geometria fixa...
16
Vamos selecionar os raios (crista do dente) conforme imagem abaixo.
17
Abaixo, faces selecionadas.
Clicar em OK para confirmar.
18
Clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar Força...
19
Colocaremos 200N para uma direção selecionada (usar plano Superior como referencia), conforme indicado na imagem abaixo.
20
Manter o comando fixo
, pois vamos utilizá-lo novamente.
Repetir o comando. Observar que, agora são duas faces selecionadas, e que por isso, a carga é total (não mais por item). A direção da carga é invertida, conforme imagem abaixo.
Destravar o comando
.
Clicar em OK para confirmar.
21
Clicar sobre malha com o botão direito do mouse e selecionar Aplicar controle de malha...
22
Aplicar um controle de malha nas faces indicadas abaixo. Observação: Pode ser difícil saber exatamente quais dentes são esses. Observe que é possível identificar os dentes pelo símbolo de fixação que aparece na imagem. Não faz sentido dizer que uma face que definimos uma fixação é um local de interesse dos resultados. É sabido que o local onde aplicamos uma fixação é um local com qualidade deteriorada dos resultados. Neste exemplo, estamos realizando o refinamento da malha apenas em função da área destas regiões representar um tamanho muito pequeno em relação à montagem inteira.
23
Selecionar faces nas garras superiores, também.
Clicar em OK para confirmar.
24
Clicar sobre Malha com o botão direito do mouse e selecionar Criar malha..., conforme indicado na imagem abaixo.
25
Deslocar o Slider até Fina.
Clicar em OK para confirmar.
26
Abaixo, resultado da malha...
Executar o estudo
27
Visualize os resultados. Resultado da análise de tensão.
Resultado do deslocamento.
28
Clicar sobre Resultados com o botão direito do mouse e selecionar Listar força de pino/parafuso/rolamento...
29
Ao lado, em verde, o Pino aplicado no furo
de
diâmetro
6.35 mm. A cor verde indica que o pino foi aprovado. Demais pinos, em cores
branco
cinza,
ou não
possuem informações suficientes serem
para
avaliados.
Isto ocorreu porque não colocamos os dados
de
resistência, material mais área do pino.
30
Clicar sobre Resultados com o botão direito do mouse e selecionar Definir plotagem de Verificação de Pino/Parafuso...
Clicar em OK para confirmar.
31
Uma nova plotagem é acrescentada aos Resultados.
32
Ao ativar a Verificação, podemos ver a comparação entre o fator de segurança desejado e o obtido (FOS calculado 416.55, FOS desejado 2)
33
Conclusão
Com o término desta lição, praticamos as técnicas de trabalho necessárias para a análise de montagens com o SolidWorks Simulation e conhecemos novos comandos disponíveis para a verificação de Pinos do nosso conjunto. A partir de agora, com o embasamento teórico adquirido até o momento em conjunto com a prática realizada nestas duas lições de montagens, 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 análises serão analisadas, e com isso, se torna necessário o domínio do conteúdo visto até o momento para a aplicação de novas funcionalidades não discutidas nas lições anteriores. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: •
Trabalhar com montagens;
•
Trabalhar com contatos;
•
Aplicação de materiais;
•
Refino local de malha;
•
Trabalhar conexões de Pino;
34
Na próxima lição, iremos conhecer novos comandos existentes no SolidWorks Simulation, bem como trabalhar com um modelo de Chapa metálica, onde a análise do mesmo será realizada com uma Malha com elementos de Casca. O principal objetivo da próxima lição, é apresentar aos usuários a maneira de trabalhar com elementos de Casca, e familiarizá-los à estas novas funcionalidades, bem como apresentar métodos distintos de trabalho agora para elementos de Casca. 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:
35
•
Trabalhar com chapas;
36
•
Elementos de Casca;
37
•
Trabalhar com cargas remotas;
38
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Elementos de Casca ..................................................................................... 4 Conclusão ....................................................................................................... 30
2
1. Objetivos
Este capítulo tem por objetivo introduzir os conceitos básicos da sistemática de trabalho de peças com elementos de Casca no SolidWorks Simulation. Um pequeno estudo estático de uma peça será realizado para mostrar as funcionalidades específicas de Cascas e como deve ser realizada a aplicação das ferramentas mais específicas para estes casos. Um estudo será realizado, mostrando as principais ferramentas e os comandos básicos do software apresentados nas lições iniciais do treinamento para estudos de peças. Abaixo, principais tópicos que serão abordados nesta lição. •
Trabalhar com chapas;
•
Elementos de Casca;
•
Trabalhar com cargas remotas;
3
2. Elementos de Casca
Abrir a peça chamada Dobra, da Lição 06, conforme imagem abaixo.
4
Criar um novo estudo estático, selecionando a opção Novo estudo, conforme indicado abaixo.
O nome do estudo pode ser Estudo 1.
5
Observar a árvore de recursos ao lado. Quando trabalhamos com chapas, o SolidWorks Simulation identifica estas
através
do ícone
.
Ao clicarmos sobre o ícone de chapa, podemos trocar a forma como este vai ser tratado (Tratar como sólido). Porém, como o objetivo é trabalhar com chapas, não faremos a troca.
6
Ao trabalharmos com chapas, o SolidWorks Simulation as identifica automaticamente, e ao gerarmos a malhas, esta aparecerá como elemento de casca, conforme a imagem abaixo.
Observação: Aos usuários que trabalham com as ferramentas do SolidWorks específicas para Chapas metálicas (Flange-base/aba, Converter em chapa metálica, etc) a informação importante é que o software automaticamente trata a peça como uma Casca, e utiliza a informação da espessura dos comandos de chapa metálica. Aos usuários que não trabalham com as ferramentas do SolidWorks específicas para Chapas metálicas, ou seja, aqueles que modelam com recursos de Extrusão, ou até mesmo em algumas situações onde a peça não é uma chapa metálica, e o usuário quer tratar a peça como uma Casca (ou para ganhar tempo de análise, pois com o elemento de Casca, os cálculos do Simulation são mais rápidos, pois teremos menor número de elementos em nossa análise), também é possível tratar este corpo sólido (que é reconhecido automaticamente pelo SolidWorks Simulation como elemento sólido) como uma 7
Casca. Porém, além disso, o usuário precisará definir a Casca pela seleção de faces, ou com uma superfície média (Superfície média - comando de Superfícies) e definir a espessura desta ou destas superfícies.
Observe os detalhes da malha criada em seu modelo.
Utilizamos elementos de casca em peças e montagens que contenham corpos de espessura fina, onde gerar uma malha com 2 a 3 elementos de malha por espessura resultaria em malhas extremamente pequenas ao longo
do
corpo,
consideravelmente
elevando o
assim
tempo
de
analise. Observe os detalhas da malha acima. O total de nós é 2761 e o total de elementos é 1304.
8
Vamos comparar agora a mesma malha, quando tratada como sólido.
9
Como a espessura da peça é 3.2 mm, foi colocado uma malha de tamanho 1.6 (para gerar 2 elementos de malha por espessura
Com
elementos
sólidos,
temos um total de nós de 625.455
e
um
total
de
elementos 388.816. Logo o tempo de analise aumenta consideravelmente.
10
Porém, antes de gerarmos a malha com a qual vamos trabalhar, colocaremos o material, as fixações e as cargas. Clicar sobre Dobra com botão direito do mouse, e selecionar a opção Aplicar/Editar Material.
11
Selecionar AISI 1020, conforme a imagem abaixo. Aplicar e fechar.
12
Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Geometria Fixa, conforme imagem abaixo.
13
Novas fixações para elementos de Casca.
Porém, vamos utilizar Imóvel (sem translação) para restringir apenas o deslocamento da chapa metálica.
14
Trocar a opção para Imóvel, e selecionar as faces indicadas abaixo.
15
Confirmar para aplicar o acessório de fixação. Em seguida, vamos aplicar uma carga remota, porém antes, vamos entender sua função:
Carga/massa remota... permite simplificar uma montagem, ajudando a reduzir o tamanho da malha.
16
Existem 3 tipos de cargas remotas: Carga(transferência direta): aplicável se o componente pode ser considerado mais flexível que a peça analisada. A carga que seria aplicada a face é expressa na forma de cargas equivalentes e momentos. Carga/Massa(Conexão rígida): Deslocamento(transferência direta):
17
Conforme a imagem abaixo, vamos aplicar uma Carga/Massa (conexão rígida) a face selecionada. A referencia é Definida pelo Usuário, onde selecionaremos o sistema de coordenadas já existente. Local em X = 30 mm e em Y=-10mm. Força em Y=100N e em Z=20N.
18
Após confirmar, clicar em Malha com botão direito do mouse e selecionar a opção Criar Malha. Deslocar o Slider para direita (Fina). O tamanho da malha pode ser aproximadamente 7mm. Confirmar.
19
Abaixo a malha gerada.
Quando utilizamos elementos de casca, representamos a chapa sem espessura, apenas por uma superfície. Para poder mostrar os resultados calculados nas faces internas e externas das chapas, o SW Simulation identifica elas através de cores (cinza e laranja).
20
Ao clicar em Simulation, Opções..., temos:
21
Ao determinarmos os lados (Inferior = Laranja,
Superior=Cinza),
escolhendo
como
iremos
estamos ver
os
resultados da analise. Não há necessidade de inverter o lado, porém, para fazê-lo, basta clicar sobre uma face, em seguida clicar sobre Malha
com o botão
direito do mouse e em seguida, Inverter elementos de casca.
22
Ao inverter elementos de casca, temos:
23
Executar o estudo.
24
Após executar o estudo, temos:
25
Agora precisamos considerar a forma como estamos vendo os resultados (Superior e Inferior).
26
Como o lado que estamos vendo é o superior (Laranja), os resultados representam a parte interna. Para trocar de lado, clicar sobre o Resultado de Tensão com o botão direito do mouse e editar a definição, conforme imagem abaixo.
27
Ao editar a definição, podemos trocar o sentido (Superior, Inferior, Membrana e Dobramento).
28
Observe que como estamos trabalhando com chapa metálica, elemento de Casca, podemos visualizar os resultados de tensão de diferentes maneira na nossa peça.
Topo. Tensões totais (curvatura + membrana) na face superior. Para cascas compostas, Superior se refere à face superior da camada selecionada em
Número
da
camada
nas
Opções
de
compostos. Base. Tensões totais (curvatura + membrana) na face inferior. Para cascas compostas, Inferior se refere à face inferior da camada selecionada em Número da camada nas Opções de compostos. Membrana.
Componente
de
tensão
da
membrana. Curvatura. Componente de tensão da curvatura.
Visualize os resultados em sua máquina selecionando Superior, Inferior, Membrana, e Dobramento.
29
Conclusão
Com o término desta lição, conhecemos algumas das técnicas de trabalho necessárias para a análise de Cascas com o SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento teórico adquirido até o momento em conjunto com a prática realizada nesta lição de Casca, você está apto a aplicar estes conceitos em situações do seu dia-a-dia que possam envolver este tipo de elemento, além de estar preparado tecnicamente para conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: •
Trabalhar com chapas;
•
Elementos de Casca;
•
Trabalhar com cargas remotas; Na próxima lição, iremos conhecer novos comandos existentes no
SolidWorks Simulation, bem como trabalhar com um modelo de Viga, uma estrutura metálica, onde a análise do mesmo será realizada com uma Malha com elementos de Viga. O principal objetivo da próxima lição, é apresentar aos usuários a maneira de trabalhar com elementos de Casca, e familiarizá-los à estas novas funcionalidades, bem como apresentar métodos distintos de trabalho agora para elementos de Casca. 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 30
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: •
Trabalhar com elementos de viga;
31
•
Edição das Juntas;
32
•
Malha de Viga;
33
Sumário
1. Objetivos ....................................................................................................... 3 2. Elementos de Viga ........................................................................................ 4 Conclusão ....................................................................................................... 37
2
1. Objetivos
Este capítulo tem por objetivo introduzir os conceitos básicos da sistemática de trabalho de estruturas metálicas, geralmente construídas como componentes estruturais mas também podem ser modeladas com recursos de extrusão, com elementos de Viga no SolidWorks Simulation. Um pequeno estudo estático de uma peça construída como componente estrutural, será realizado para mostrar as funcionalidades específicas para as Vigas,
e como deve ser realizada a aplicação das ferramentas para estas
situações. Um estudo será realizado, mostrando as principais ferramentas e os comandos básicos do software apresentados nas lições iniciais do treinamento para estudos de peças. Abaixo, principais tópicos que serão abordados nesta lição. •
Trabalhar com elementos de viga;
•
Edição das Juntas;
•
Malha de Viga;
3
2. Elementos de Viga
Abrir a peça chamada Quadro 587, da Lição 07, conforme imagem abaixo.
Criar um novo estudo estático, selecionando a opção Novo estudo, conforme indicado ao lado.
4
O nome do estudo pode ser Estudo 1.
Observar a árvore de recursos ao lado. Quando trabalhamos com elementos de viga, o SolidWorks Simulation identifica estas através do ícone
. Veja abaixo a observação.
5
Observação: Do contrário, ou seja, quando trabalhamos com sólidos, para transformar o corpo sólido para elementos de viga, basta clicar com o botão direito sobre o/os corpos e selecionar a opção Tratar como Viga, conforme ilustração abaixo.
6
Ao clicarmos sobre o ícone de viga, podemos trocar a forma como este vai ser tratado (Tratar como sólido). Porém, como o objetivo é trabalhar com vigas, não faremos a troca.
7
Ao trabalharmos com Soldagem (Componentes estruturais), o SolidWorks Simulation as identifica automaticamente seus componentes, e ao gerarmos a malhas, esta aparecerá como elemento de viga, conforme a imagem abaixo.
Utilizamos elementos de viga em peças, reduzido
o
tamanho
da
malha
é
consideravelmente,
conforme imagem ao lado. Total de nós 281. Total de elementos 274.
8
Ao trabalhar com elementos de vigas, temos A ligação entre elementos de viga é feita através de juntas que são editadas aqui. A ligação entre elementos de vigas e outros tipos de elementos é feita através de contato, conforme já mostrado na lição 3. Clicar sobre Unir Grupo e selecionar a opção Editar..., conforme a imagem abaixo:
9
Ao editar, podemos selecionar todas as vigas a serem unidas, ou apenas aquelas que queremos unir (Todas/Selecionadas).
Tratar como junta de folga: Utilizado para determinar tolerância de seleção (igual a zero/menos que).
Clicar para calcular as juntas
Lista contendo as juntas encontradas no modelo. Ao selecionar uma junta, esta é realçada no modelo.
10
Ao selecionar uma junta com o botão direito do mouse, todas as vigas participantes da união são listadas, conforme a imagem abaixo. Neste momento, podemos excluir ou acrescentar vigas, conforme a necessidade.
Clicar em OK para confirmar.
11
Clicar sobre Quadro 587 com botão direito do mouse, e selecionar a opção Aplicar material a todos os corpos...
12
Selecionar AISI 1020, conforme a imagem abaixo. Aplicar e fechar.
13
Clicar sobre Acessórios de fixação com o botão direito do mouse e selecionar a opção Geometria fixa... Selecionar as três juntas indicadas na imagem abaixo.
Conforme indicado na imagem ao lado, podemos apenas selecionar juntas.
Clicar em OK para confirmar.
14
Clicar sobre Cargas externas com o botão direito do mouse e selecionar Força...
Dentro do comando força, podemos selecionar Vértices, Juntas ou Vigas, conforme a imagem ao lado. Observar que estaremos selecionando uma viga (aplicando uma força sobre uma viga).
15
Selecionar, conforme indicado abaixo:
16
A força será aplicada em Y e Z. (Para inverter o sentido do carregamento basta clicar em Inverter direção) Y = - 600N Z = - 2200N
Clicar em OK para confirmar.
17
Criar malha...
18
Abaixo, estrutura com malha.
Executar o estudo.
19
Abaixo, resultado de Tensão Axial e de Curvatura.
20
Abaixo, resultado de deslocamento.
Vamos agora definir gráficos para visualizar os esforços nas vigas.
21
Observe que quando estamos trabalhando com elementos de Vigas, o SolidWorks Simulation contém plotagens específicas para estruturas metálicas. Basta acessar com o botão direito a pasta Resultados para visualizar as opções de plotagens disponíveis. Selecione Definir plotagem de tensão.
22
Selecione Axial, referente às unidades, selecione a que estiver mais habituado, neste caso, nós utilizaremos MPa. Após definir o gráfico, clique em OK.
23
Observe que o gráfico exibe a Tensão Axial nas barras.
24
Clique com o botão direito sobre o gráfico recém criado, e selecione Opções de diagrama.
25
Habilite as opções: - Exibir anotação mínima; - Exibir anotação máxima;
26
Observe na área gráfica que o Simulation exibe anotações nas regiões de máximo e mínimo.
27
Clique novamente com o botão direito sobre Resultados e selecione Definir plotagem de tensão. Selecione Torcional, defina as unidades e clique em OK.
28
Repita todos os procedimentos anteriores para gerar os gráficos conforme abaixo. Cisalhamento direção 1.
Cisalhamento direção 2.
29
Limite superior da dobra direção 1.
Limite superior da dobra direção 2.
30
Observe que o SolidWorks Simulation permite ao usuário visualizar além das tensões, momentos, deslocamentos e deformações nas vigas, Forças e tensões em cada uma das vigas. Clique com o botão direito sobre Resultados, e selecione Listar forças da viga.
31
Selecione Forças. Observe que você pode definir em Intervalo da Viga, qual ou quais vigas deseja analisar. Neste exemplo, podemos deixar de 1 a 10, ou seja, todos as barras. Clique em OK para confirmar o comando.
32
Observe que os resultados são listados em cada elemento das Vigas.
33
Arraste a barra de rolagem para a esquerda para visualizar completamente todos os resultados disponíveis.
34
Habilite a opção Exibir somente valores extremos. Com isso, facilita a visualização dos resultados nas Vigas, pois o que interessa realmente é o resultado final nas Vigas.
35
Novamente, arraste a barra de rolagem para a esquerda para visualizar completamente todos os resultados disponíveis.
Salve e feche seu arquivo.
36
Conclusão
Com o término desta lição, praticamos as técnicas de trabalho necessárias para a análise de estruturas metálicas, com elementos de Viga no SolidWorks Simulation. Observe abaixo, os principais tópicos que foram trabalhados durante esta Lição: •
Trabalhar com elementos de viga;
•
Edição das Juntas;
•
Malha de Viga;
Este módulo do Simulation presente no SolidWorks Premium utilizado durante o treinamento possui diversas ferramentas específicas para análises de Montagens e Peças, sendo estas com elementos Sólidos de Vigas e Cascas. Parte dessas funcionalidades foram apresentadas neste treinamento introdutório, mostrando aos usuários o funcionamento da ferramenta de simulação SolidWorks Simulation. A partir de agora, com o embasamento teórico adquirido até o momento ao longo do treinamento em conjunto com a prática realizada nas Lições, você está capacitado no módulo I do treinamento de Simulation, além de estar apto a aplicar estes conceitos em situações do seu dia-a-dia para resolver problemas em seus projetos ou ainda realizar a verificação de um projeto existente, além de estar preparado tecnicamente para conhecer mais ferramentas disponíveis no ambiente de Simulação do SolidWorks Simulation.
37
Sumário
I. Objetivos da Avaliação do treinamento EAD Nível I Simulation.................. 3 1. Análise de Peça – Carcaça ....................................................................... 4 2. Mancal de apoio Suspensão ...................................................................... 9 3. Análise de montagem com conectores ..................................................... 15
2
I. Objetivos da Avaliação do treinamento EAD Nível I Simulation
Nesta avaliação você irá trabalhar com as ferramentas de simulação do SolidWorks para elaborar análises de modelos fornecidos, onde todos os cuidados devidos para elaboração das simulações terão que ser levados em conta, seguindo toda a lógica vista durante as lições e necessária para tal. Faça o que for solicitado no exercício, leia atentamente a questão e depois de prontos encaminhe os arquivos para o email
[email protected] em uma pasta compactada contendo TODOS OS ARQUIVOS DA SUA AVALIAÇÃO. Identifique-se claramente no email, para que possamos identificá-lo rapidamente e gerar sua avaliação. Observe abaixo quais informações deverão conter no email: - Título do email: “Exercícios de avaliação EAD Nível I Simulation” - Nome do aluno; - Anexo: pasta compactada com os exercícios; Após o aluno enviar TODOS os arquivos, inicia-se o processo para a avaliação dos arquivos, elaboração do Laudo técnico de capacitação, e a Liberação (se aprovado) do certificado.
3
1. Análise de Peça – Carcaça
Elabore uma análise para a peça fornecida abaixo,
siga os
procedimentos necessários para a construção do Estudo conforme visto durante o treinamento. •
Material Liga de Aço;
•
Malha com base em curvatura;
•
Aplique as forças conforme ilustração abaixo; Força = 1200N
4
Força = 950N
5
•
Aplique o Acessório de fixação conforme abaixo;
6
Ao término do Estudo, você encontrará uma Tensão máxima de aproximadamente 26.754 MPa.
7
Abaixo resultado de Deslocamento.
8
2. Mancal de apoio Suspensão No estudo abaixo, você irá analisar um mancal de apoio da Supensão de uma motocicleta. Elabore uma análise para a peça fornecida abaixo,
siga os
procedimentos necessários para a construção do Estudo conforme visto durante o treinamento.
9
•
Material Aço AISI 304;
•
Malha com base em curvatura;
•
Aplique as forças conforme ilustração abaixo; Força = 3000N
10
•
Aplique o Acessório de fixação conforme abaixo;
11
•
Crie a Malha com base em curvatura conforme abaixo;
12
Ao término do Estudo, você encontrará uma Tensão máxima de aproximadamente 27 MPa.
13
Abaixo resultado de Deslocamento.
14
3. Análise de montagem com conectores
No estudo abaixo, você irá analisar uma montagem. Elabore uma análise para a montagem fornecida abaixo, siga os procedimentos necessários para a construção do Estudo conforme visto durante o treinamento. •
Material Aço AISI 4340 normalizado;
•
Malha padrão;
15
Adicione um Conector de parafuso conforme ilustração abaixo. Selecione o Parafuso Padrão ou com rebaixo com porca. Selecione a aresta circular da Aba.
16
Selecione a aresta circular da peça Tapa.
17
Defina os parâmetros do Parafuso conforme ilustração abaixo.
18
Adicione um conector de Mola. Selecione as faces planas circulares conforme ilustração abaixo.
19
Selecione a segunda face.
20
Defina os parâmetros do Conector conforme abaixo.
21
Aplique um Conector de Pino nas faces selecionadas conforme abaixo.
22
Defina os parâmetros do conector de Pino conforme ilustração abaixo.
23
Defina um contato Sem penetração entre as Faces conforme abaixo. Selecione a face da Aba.
24
Selecione a face da tampa.
25
Edite o contato Global da montagem para Permitir penetração.
26
Aplique uma Força na face destacada abaixo.
27
Defina os parâmetros da Força conforme ilustração abaixo.
28
Defina os parâmetros da malha conforme ilustração abaixo.
29
Ao término do Estudo, você encontrará uma Tensão máxima de aproximadamente 631 MPa.
30
Abaixo resultados de Deslocamento.
31
