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CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress

2009@FEUP/DEMec-SDI

Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress

Joo Manuel R. S. Tavares Joaquim Oliveira Fonseca

Anlise por SolidWorks SimulationXpress O SolidWorks SimulationXpress um software de

anlise estrutural totalmente integrado no SolidWorks. O SolidWorks SimulationXpress faz testes de simulao do funcionamento de um componente. Permitindo responder a questes: resistente, eficiente, econmico? O SolidWorks SimulationXpress utilizado por estudantes, projetistas, engenheiros e outros profissionais para realizar peas eficientes e econmicas. Tools/Add-ins/SolidWorks Simulation desativado@2011 JST/JOF CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 2

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Ciclo Tradicional de Design Utiliza-se o SolidWorks para criar

um modelo; Produz-se um prottipo; Realizam-se testes do prottipo

SolidWorks

Prottipo

em vrias condies de carga. Em alguns casos necessria a aplicao de sistemas de leitura de resultados de teste. Com base nos resultados,

Teste

efetuam-se alteraes no modelo, constri-se um novo prottipo, e vai-se verificando at que este satisfaa os requisitos.@2011 JST/JOF

Satisfaz? Sim Produo

No

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Anlise Computacional de Peas Os ciclos de desenvolvimento so caros e longos; A anlise computacional permite reduzir o nmero de

ciclos de desenvolvimento; A anlise reduz o custo por teste, uma vez que permite

aproximar o modelo, usando clculos computacionais, diminuindo o nmero de ensaios; A anlise reduz o tempo de entrada no mercado; A anlise ajuda a otimizar o design simulando

rapidamente conceitos e cenrios antes da tomada de uma deciso final.@2011 JST/JOF CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 4

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Anlise por Elementos Finitos Solues analticas s esto disponveis para

problemas simples. Estas solues fazem algumas simplificaes e podem no prever alguns casos prticos; O SolidWorks SimulationXpress utiliza o Finite Element

Method (FEM). Uma anlise que usa o FEM chamada de Finite Element Analysis (FEA) ou Design Analysis; FEA permite resolver problemas simples ou complexos; FEA uma ferramenta computacional bem sucedida

sendo um mtodo de anlise preferido.@2011 JST/JOF CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 5

Conceito geral de Design Analysis O mtodo FEM substitui um problema complexo por um

conjunto de problemas simples. Divide o modelo em muitas peas pequenas (por exemplo, tetraedros) de formas simples, chamados elementos.

Modelo CAD@2011 JST/JOF

Modelo CAD dividido num nmero finito de partes6

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Conceito geral de Design Analysis Os elementos utilizam pontos

(Ns) (comuns a vrios) chamados ns. O comportamento destes elementos bem conhecido em vrios casos de carga; Os deslocamentos de cada n nas direes X, Y, e Z totalmente descrito. Estes designam-se por graus de liberdade (DOF degrees of freedom). (Elemento Tetradrico) Em problemas 3D, cada n tem 3 DOF.

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Conceito geral de Design Analysis O SolidWorks SimulationXpress estabelece as

equaes que controlam o comportamento de cada elemento tendo em conta as interaes com os outros elementos; Estas equaes relacionam as incgnitas, por exemplo

deslocamentos, na anlise das tenses, tendo em conta as propriedades do material, ligaes ao exterior e carregamentos; De seguida o programa cria um sistema de equaes

com base nestes parmetros. Podero existir centenas, milhares ou milhes de equaes.

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Conceito geral de Design Analysis Na anlise esttica, a resoluo do

sistema de equaes determina os deslocamentos nas direes X, Y, e Z de cada n; Aps o clculo dos deslocamentos em

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cada n, o programa calcula as tenses e as deformaes nas vrias direes. A deformao a variao de comprimento a dividir pelo comprimento original.

(Deformao)

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Anlise Esttica de Tenses Este o tipo mais comum de anlise. Assume um

comportamento linear do material e despreza as foras de inrcia. considerado que retirando o carregamento o slido retoma a sua forma original; Permite calcular deslocamentos, deformaes, tenses

e reaes nas ligaes ao exterior; O material entra em colapso quando as tenses

ultrapassam um determinado valor. Materiais distintos entram em colapso a valores diferentes. Com a anlise esttica, pode-se controlar o colapso de muitos materiais.

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Anlise Esttica de Tenses Quando uma carga aplicada a

um corpo, este tenta absorver esse efeito atravs da gerao de foras internas de forma a que o seu efeito seja passado a outros pontos; O efeito destas foras designam-se por tenso (stress). Tenso a fora por unidade de superfcie; A tenso num ponto a intensidade da fora numa pequena rea em volta desse ponto.@2011 JST/JOF CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 11

Tensor tenso Um tensor tenso descreve a distribuio de tenses e

esforos internos num meio contnuo. Um tensor de tenso totalmente caracterizado por seis componentes:

SX: Tenso Normal na direo X; SY: Tenso Normal na direo Y; SZ: Tenso Normal na direo Z; TXY: Tenso de Corte na direo - Y no plano YZ;

TXZ: Tenso de Corte na direo - Z no plano YZ; TYZ: Tenso de Corte na direo - Z no plano XZ.

Uma tenso positiva indica trao e negativa indica compresso.@2011 JST/JOF CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 12

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Tenses Principais As tenses de corte desaparecem

em algumas direes. As tenses normais a estas direes (principais) designam-se por tenses principais:

P1: Tenso normal na primeira direo principal (maior); P2: Tenso normal na segunda direo principal (intermdia); P3: Tenso normal na terceira direo principal (menor).Eixos 1, 2 e 3, so chamados de direes principais e as tenses P1, P2 e P3 so chamadas de tenses principais

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Tenso de Von Mises A tenso de Von Mises um escalar positivo que

descreve o estado de tenso; Muitos materiais tm colapso quando a tenso de Von Mises ultrapassa um determinado valor. A tenso de Von Mises definida em termos das tenses normais e de corte pela equao:

Em termos das tenses principais, a tenso de Von

Mises dada por:

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Passos para a realizao da Anlise:1. Associar o material (De que feito a pea?); 2. Especificar ligaes (Que faces so fixas e no vo ter qualquer deslocamento?); 3. Aplicar carregamento (Quais so as foras e presses que atuam sobre esta pea?); 4. Calcular usando as equaes da anlise; 5. Ver resultados (Qual o fator de segurana? Quais so as deslocaes e tenses resultantes?).

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Tipos de Anlise adicionais O SolidWorks SimulationXpress realiza a anlise

linear esttica de tenso em peas. Outras ferramentas de software, permite meios adicionais de anlise de peas e conjuntos; O SolidWorks Simulation permite:

Anlise Linear Esttica de tenses em conjuntos; Anlise com Cargas Cclicas; Anlise Encurvadura; Anlise sobre Aes Trmicas; Anlise de Otimizao; Anlise de Fadiga; Anlise no Linear Esttica; Anlise Dinmica; Anlise depsitos com presso.CFAC: Introduo ao SolidWorks (X): Anlise de Tenses de Peas - SimulationXpress 16

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Ex. Anlise SolidWorks SimulationXpress SolidWorks SimulationXpress: Exemplo do Tutorial do

SolidWorks.1. Pea a estudar; 2. Pode haver necessidade

de quebrar superfcies para definir ligaes ao exterior ou carregamentos; 3. Definir o material:Superfcie fixa Fora Vertical de 4000 N

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