Captulo 1MEF e ANSYSFevereiro de 20031-2Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSO que MEF? O Mtodo dos Elementos Finitos uma forma de simularcondies de carregamento num produto e determinar a respostado produto para aquelas condies. O produto modelado usando-se blocos construtivos discretos, chamados elementos.Nota histrica O mtodo dos elementos finitospara anlise estrutural foi criadopor pesquisadores acadmicose de empresas durante as dcadas de 50 e 60. A teoria que sustenta estemtodo de clculo tem mais de 100 anos de idade, e foi a base para o clculo manual de avaliao de pontes suspensase reservatrios. Cada elemento tem equaes exatas que descrevem como eleresponde a um certocarregamento. A soma das respostas de todosos elementos do modelo d a resposta total do produto. Os elementos tm um nmerofinito de incgnitas, por isso o nome elementos finitos.Fevereiro de 20031-3Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSO que MEF? O modelo de elementos finitos, que tem um nmero finito de incgnitas, pode apenas aproximar a resposta do sistema fsicoreal, que tem infinitas incgnitas. Assim, uma questo surge:Quanto boa a aproximao? Infelizmente, no h uma respostafcil para esta questo.Ela depende diretamente do que voc est simulando e das ferramentas que voc est usando para a simulao.Ns tentaremos, porm, dar-lhe algumas linhas mestrasatravs deste curso de treinamento.Sistema Fsico Modelo de E.F.Fevereiro de 20031-4Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSO que MEF?Por que o MEF necessrio? Para reduzir a quantidade de prottipos de testes A simulao por computador permite a execuo de mltiplasanlises, que podem ser testadas mais rpida e eficientemente. Para simulatar produtos para os quais no so viveis testes atravs de prottipos Por exemplo: implantes cirrgicos, como um joelho artificial Vantagens: Economia de custos Economia de tempo redur o time to market Criao de produtos de melhor qualidade e mais eficientesFevereiro de 20031-5Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS O ANSYS um pacote completo para anlise pelo mtodo dos elementos finitos, utilizado por engenheiros em todo o mundo, empraticamente todos os campos da engenharia: Estrutural Trmico Fludos, incluindo Dinmica de Fludos Eltrico / Eletrosttico Electromagnetismo O ANSYS utilizado nas indstrias: Aeroespacial Automotiva Biomedica Pontes e Construes Eletrnica & Aplicaes Equipamentos e mquinas pesadas Sistemas micro-eletro-mecnicos Equipamentos esportivosFevereiro de 20031-6Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Anlise estrutural usada para determinar deslocamentos, deformaes, tenses e foras de reao. Anlise estticaUsada para condies de carregamento esttico.Comportamento no-linear, tal como grandes deflexes e deslocamentos, contato, plasticidade, hiperelasticidade e trincas podem ser simulados.Compresso de um suporte hiperelsticoFevereiro de 20031-7Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYS Sobre o ANSYS Anlise dinmica Inclui efeitos das massas e de amortecimentos. Anlise modal calcula as freqncias naturais e modos de vibrar. Anlise harmnica determina a resposta da estrutura paracarregamentos senoidais de amplitudes e freqncias conhecidas. Anlise dinmica de transiente determina a resposta da estrutura a cargas que variam no tempo e pode incluir comportamento no-linear. Outras possibilidades de anlise Anlise espectral Vibrao aleatria Clculo de auto-valores Sub-estruturao, sub-modelagemModo de vibraoFevereiro de 20031-8Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Dinmica explcita com ANSYS/LS-DYNA Indicado para simulao de grandes deformaes onde foras de inrcia so predominantes. Utilizado para simular impacto, conformao, etc.Anlise de impacto de um veculoFevereiro de 20031-9Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Anlise trmica utilizada para determinar a distribuio de temperatura num objeto.Outras variveis de interesse incluemquantidade de calor perdido ou ganho, gradientes trmicos e fluxo trrmico. Todos os trs modos primrios de transferncia de calor podemser simulados:conduo, conveco, radiao. Estado nico Efeitos dependentes do tempo so ignorados. Transiente Para determinar temperaturas, etc. como uma funo do tempo. Permite a simulao de mudanade fases (derretimento oucongelamento).Transiente de Temperatura de umacobertura de aquecimento de ferroFevereiro de 20031-10Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Anlise electromagntica usada para calcular campos magnticos em equipamentos eletromagnticos. Eletromagnetismo esttico e de baixa freqncia Para a simulao de equipamentos operando com fontes de potnciade corrente contnua, corrente alternada de baixa freqncia outransientes de baixa freqncia. Exemplo: atuadores solenides, motores, transformadores Variveis de interesse incluemdensidade de fluxo magntico, intensidade de fluxo, foras e torques magnticos, impedncia, indutncia, correntes livres, perda de potncia.Fevereiro de 20031-11Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYS Sobre o ANSYS Eletromagnetismo de alta freqncia Para simular equipamentos com ondas de propagaoelectromagntica. Exemplo: micro-ondas e componentes passivos de freqncia, conectores coaxiais Variveis de interesse incluem parmetros-S, fator-Q, perda de realimentao, perdas dieltricas e de conduo e campos eltricos e magnticos.Campo eltrico em um cabo coaxialFevereiro de 20031-12Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYS Sobre o ANSYS Eletrosttica Para calcular o campo eltrico a partir da voltagem ou excitao de carga. Exemplo: equipamentos de alta voltagem, sistemas micro-eletromecnicos, linhas de transmisso Variveis tpicas de interesse so potncia de campo eltrico e capacitncia. Conduo de corrente Para calcular a corrente em um condutor a partir de uma voltagem aplicada Acoplamento de circuitos Para circuitos eltricos acoplados com equipamentos eletromagnticosFevereiro de 20031-13Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Tipos de anlises eletromagnticas: Anlise esttica calcula campos magnticos para corrente contnua ou ims permanentes. Anlise harmnica calcula campos magnticos para corrente alternada. Anlise de transiente utilizada para campos magnticosdependentes do tempo.Fevereiro de 20031-14Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Dinmica computacional de fludos Para determinar a distribuio de fluxo e temperatura num fluido. O ANSYS/FLOTRAN pode simular fluxo laminar e turbulento,fluxocompressvel e incompressvel. Aplicaes:aerospacial, equipamentos eletrnicos, projetoautomotivo Variveis tpicas de interesse so velocidades, presses, temperaturas e coeficientes superficiais.Distribuio de presso numa bola de futebolVelocidade de um fludo num dutoFevereiro de 20031-15Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYS Sobre o ANSYS Acstica Para simular a interao entre um meio fludo e o meio slidoenvolvente. Exemplo:alto-falantes, interiores de automveis, sonares Variveis tpicas de interesse so distribuio de presso, deslocamentos e freqncias naturais. Anlise de fludos em compartimentos Para simular o efeito de um fludo contido estagnado e calcular presses hidrostticas. Exemplo:tanques de leo e outros compartimentos de lquidos Transporte de calor e massa Um elemento uni-dimensional utilizado para calcular o calor gerado pelo transporte de massa entre dois pontos, como em uma tubulao.Fevereiro de 20031-16Resistnciados MateriaisIII -EEPResistnciaResistnciaResistnciados dos dos MateriaisMateriaisMateriaisIII III III ---EEPEEPEEPManual de TreinamentoCaptulo 1 MEF e ANSYSSobre o ANSYS Anlise de campos acoplados considera a interao mtua entre dois ou mais campos.O fato de que cada campo depende dos demais, faz impossvel estudar cada um separadamente, de maneira que necessrio um sistema que possa manipular todos os problemas fsicos envolvidos de maneira combinada. Exemplos: Anlise temperatura-tenso Piezoeltrica (eltrica & estrutural) Acstica (fludo & estrutural) Anlise temperatura-eltrica Calor por induo (magntica & trmica) Anlise eletrosttica-estruturalDefleco de uma barra bi-metlica sob aquecimentoFIMMEF e ANSYS