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Apostila de treinamento ANSYS Workbench

Apostila ANSYS Workbench

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  • Apostila de Treinamento em Elementos Finitos com ANSYS Eng. Domingos F. O. Azevdo

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    SUMRIO APOSTILA DE TREINAMENTO ANSYS WORKBENCH ............................................................................. 1 SUMRIO .............................................................................................................................................................. 2 INTRODUO ...................................................................................................................................................... 3 TELA INICIAL DO ANSYS WORKBENCH ..................................................................................................... 7 AMBIENTE DE ANLISE DESIGN SIMULATION ..................................................................................... 9

    DETALHAMENTO DAS REGIES DA INTERFACE................................................................................................ 13 Menus e Barras de Ferramentas ............................................................................................................ 13 Painel da rvore ........................................................................................................................................ 16 Painel de Detalhes .................................................................................................................................... 17 Janela Grfica............................................................................................................................................ 18 Abas do Documento ................................................................................................................................. 18 Janela Simulation Wizard ........................................................................................................................ 19 Barra de Status.......................................................................................................................................... 20

    EXEMPLO 1 ANALISE DE UMA PEA: ............................................................................................................. 21 ANLISE ............................................................................................................................................................ 26 EXEMPLO 2 ANALISE DE UM CONJUNTO DE PEAS: .................................................................................... 29

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    Introduo O programa Ansys um dos vrios programas de anlises pelo mtodo de

    elementos finitos existentes no mundo. Outros programas, por exemplo, so: Algor, Ideas, Abaqus, Visual Nastran, etc.

    A anlise por elementos finitos que originalmente foi desenvolvida para slidos, atualmente utilizada tambm na mecnica dos fludos, transferncia de calor, magnetismo, etc.

    A utilizao destes programas se justifica quando a geometria das peas complexa ou se tem a interao de materiais diferentes, pois o mtodo usado pelo computador o mtodo numrico e no o mtodo analtico.

    O mtodo numrico realiza mais rapidamente, os clculos do que uma pessoa com sua calculadora.

    O programa mostra os resultados graficamente na tela permitindo identificao visual da geometria e resultados facilitando a interpretao do que est ocorrendo na pea ou conjunto.

    O processo de desenvolvimento do projeto acelerado pelaa rapidez de anlise que possibilita a otimizao coerente da pea ou conjunto antes da sua fabricao.

    O aumento significativo da utilizao destes tipos de programas na execuo de anlises se deve principalmente crescente velocidade de processamento dos computadores nas ultimas dcadas e facilidade de acesso a estes pela sua reduo de custo.

    Os programas de anlises se utilizam das informaes existentes nos arquivos dos desenhos feitos em computador (CAD) para saber, entre outras coisas, a geometria das peas. Alguns programas como o Ansys tambm permitem que o desenho seja feito no prprio programa.

    Esta geometria da pea, que originalmente contnua, subdividida pelo programa de anlise, em pequenos elementos, em uma quantidade finita, mantendo estes elementos interligados por ns, formando aquilo que denominamos malha, este processo chama-se Discretizao. E desta diviso em elementos que surgiu o termo anlise pelo mtodo de elementos finitos.

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

    Portanto:

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

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

    As condies de contorno globais (carga e apoios) so aplicadas aos ns.

    , ,

    , similar to

    F l EA lEAF l F kxl

    = = =

    = =

    1 1 2 2 1

    2 2 2 2

    F K K K UF K K U

    + =

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    O programa calcula o deslocamento de cada um dos ns e as tenses naquele ponto.

    O tempo de processamento para obterem-se os resultados depende diretamente da quantidade de ns e elementos existentes. Quanto maior a quantidade de ns e elementos, maior o tempo para o computador mostrar os resultados.

    A anlise se divide em trs etapas distintas so elas: o pr-processamento, soluo e ps-processamento.

    No pr-processamento se deve definir: a geometria, tipo de anlise, malha, propriedades dos materiais e condies de contorno.

    Na soluo se deve definir o tipo de soluo desejada (equaes lineares ou no lineares) para se obter os deslocamentos nodais.

    No ps-processamento se podem obter outros tipos de resultados tais como, tenses, fluxo de calor, convergncia, fatores de segurana, etc.

    O programa pode no realizar a anlise por motivos tais como: M formao dos elementos (devido geralmente aos erros geomtricos), insuficiente espao em disco ou memria RAM e insuficientes informaes para as condies de contorno.

    Na figuras abaixo, se tem esquerda as condies de contorno de uma pea com apoios e carga aplicada nos furos e a direita a mesma pea com a malha discretizada automaticamente pelo programa ANSYS 8.0.

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    Definies: Pr - Processamento

    Definies: Soluo e Ps-processamento

    Definio de Material Pr - Processamento

    Na figura abaixo, so mostradas as definies relativas anlise do projeto da pea anterior.

    Nas figuras abaixo, se tem um exemplo de resultados da anlise estrutural, onde esquerda mostrada a pea colorida, representando a variao de tenso nesta, tendo ao lado na legenda, uma barra colorida mostrando a correspondncia entre as cores e a variao de tenso na pea.

    direita mostrada a mesma pea e a deformao sofrida em decorrncia das condies de contorno e da elasticidade do material da pea.

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    Criar um novo Projeto

    Opes

    Abre um projeto existente

    Tela inicial do Ansys Workbench Ao iniciar o programa Ansys Workbench a tela mostrada na figura abaixo

    deve aparecer mostrando algumas opes para criar um novo projeto de anlise so elas: 1 Conectar com o desenho atualmente aberto e ao programa de CAD no Computador, 2 Conectar com o arquivo de desenho no computador ou na rede e 3 No conectar para que o desenho seja feito no prprio Ansys.

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

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    O Ansys Workbench possui trs ambientes funcionais diferentes que esto interligados associativamente, ou seja, podem fornecer instantaneamente informaes para os outros ambientes so eles: o Design Simulation, o Design Modeler e o Design Xplorer.

    No ambiente do Design Simulation, se podem realizar as anlises de peas ou conjuntos de peas, seja anlise estrutural, trmica ou de vibraes.

    No ambiente do Design Modeler, se podem desenhar peas para anlises. No ambiente do Design Xplorer, se podem realizar estudos para a melhoria

    das peas pela mudana de parmetros que o projetista pode escolher. Nesta apostila detalharemos apenas o ambiente Design Simulation.

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    Ambiente de anlise Design Simulation Para se utilizar das ferramentas para anlise existentes no ambiente Design

    Simulation do Ansys imprescindvel que se tenha um desenho de computador pronto e feito em qualquer um dos programas que o Ansys consiga obter informaes do arquivo. Os tipos de arquivos que o Ansys consegue ler so aqueles feitos nos programas mostrados na figura abaixo, ou seja, UG, Parasolid, Acis, SolidWorks, Catia, Solid Edge, Mechanical Desktop e Autodesk Inventor.

    Os programas podem ser associativos ou no associativos com o Ansys. Os Programas associativos so:

    Inventor R5.3, R6, R11 Mechanical Desktop (v5 ou v6) Pro/ENGINEER 2001/Wildfire Solid Edge v12 e 14 SolidWorks 2001+, 2003 Unigraphics v18/NX Design Modeler/AGP 8

    Os programas No-Associativos so: CATIA v4 CATIA v5 (R2 R10) Parasolid (14.1) ACIS (10.0) IGES r 4.0, 5.2, 5.3

    A vantagem de utilizao de programas associativos que os programas se comunicam entre si podendo trocar informaes para sua atualizao instantnea, ou seja, alm de entender as mudanas de geometria da pea, o Ansys tambm pode importar outras informaes, tais como material, por exemplo, ou enviar informaes para a melhoria da pea alterando forma, material, etc.

    Como foi descrito anteriormente possvel criar um novo projeto baseado em uma geometria existente no computador, para isto, basta localizar o arquivo em Browse de Select a geometry file e depois em Open a new simulation ou Open the Project Page.

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

    Ao clicar em um dos arquivos de peas existentes na pasta, outras opes aparecem, entre elas criar uma simulao. Vide figura abaixo.

    Assim ao acessar o ambiente de anlise do Design Simulation do Ansys pode-se iniciar as definies necessrias para a simulao da pea ou conjunto de peas, outra opo para iniciar o Ansys automaticamente com os programas associativos citados atravs do prprio programa de desenho e ir direto para o ambiente de anlise. Vide interface do ambiente na figura que se segue.

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    Simulation Wizard

    Painel de Detalhes da rvore

    Painel da rvore

    Menus e Barras de Ferramentas

    Janela Grfica

    Abas de Opes do Documento

    Barra de Status

    Na interface do ambiente do Design Simulation existem regies distintas, conforme mostrado na figura anterior, nessas regies se tem opes diferentes para executar procedimentos especficos.

    Os Menus e Barras de Ferramentas oferecem acesso a recursos de configurao do programa, visualizao do modelo, seleo de entidades grficas, seleo de peas por nome e atualizao do modelo.

    No Painel da rvore so mostrados todos os modelos de simulao existentes e nestes modelos as suas peas, tambm so mostradas suas definies de pr e ps processamento, ou seja, malha, materiais, reas de contato entre as peas, condies de contorno e solues desejadas.

    No Painel de Detalhes da rvore so mostrados todos os detalhes do item selecionado no Painel da rvore, possibilitando alterao ou definio daquele item.

    Na Janela Grfica, podem ser mostradas a geometria, as condies de contorno, os resultados da simulao, alm de prvias de impresso e relatrio da simulao.

    Na janela Simulation Wizard se tem opes de orientao para montagem da simulao. Esta janela pode ou no ser mostrada conforme especificao do usurio.

    Nas Abas do Documento se pode alternar a janela grfica entre geometria, prvias de impresso e relatrio da simulao.

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    Na Barra de Status so mostradas as configuraes de unidade de medidas, alm de mostrar as medidas de uma determinada entidade quando selecionada, por exemplo, comprimento, rea, volume.

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    Detalhamento das Regies da Interface

    Menus e Barras de Ferramentas Detalhadamente temos os menus e barras de ferramentas. Conforme

    mostrado na figura abaixo.

    Na figura abaixo aparece a Barra de Ferramentas Padro detalhada.

    Os cones mostrados na Barra Padro oferecem as seguintes opes: Clicando em Simulation Wizard habilita ou no a janela de auxilio

    simulao. O cone de Chave de Seleo torna visvel ou oculta a Barra para Seleo de

    Grupo de peas. O cone Comentrio, quando clicado, faz abrir uma janela para se inserir um

    comentrio uma pea ou qualquer outro item selecionado no Painel da rvore. Que aparecer quando selecionado e tambm no Relatrio da Simulao.

    O cone Captura de Imagem quando clicado, captura a imagem ativa da Janela Grfica permitindo salvamento em arquivo para utilizao em outros programas, por exemplo, Paint, Word, etc.

    Clicando no cone Salvar executa o salvamento do arquivo de simulao. O cone Converso de Unidades torna visvel ou no a Barra de Converso

    de Unidades no mostrada nas figuras anteriores. Esta barra permite que sejam feitas converses entre unidades diferentes tal como uma calculadora.

    Barra de Menus Principal

    Barra de ferramentas de Contexto

    Barra de ferramentas Padro

    Barra de ferramentas Grficas

    Barra de ferramentas com Seleo de Grupo

    Simulation Wizard Chave de Seleo Comentrio Captura de Imagem

    Salvar Converso de Unidades Resolver Figura

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    Direo

    Rtulo

    Box / Simples

    Filtro de Seleo

    Ajuste

    Manipulao

    Aramado

    Olhar Para Janelas

    Adjacente

    O cone Resolver inicia imediatamente a resoluo da simulao predefinida. Clicando em Figura o programa insere no Painel da rvore uma imagem

    capturada do item ativo na rvore possibilitando tambm a sua visualizao no Relatrio de Simulao.

    Na figura abaixo aparece o detalhamento da Barra de Ferramentas Grficas.

    O cone Adjacente, que aparece inativo na figura anterior, permite acrescentar entidades adjacentes uma entidade selecionada da pea ou a prpria pea.

    O cone Direo no executa uma atividade especifica se clicado, ele apenas mostra se esta ativa ou no a seleo de uma entidade Face ou aresta de uma pea para a definio de direo e sentido.

    O cone Box / Simples permite alternar entre os dois mtodos de seleo, ou seja, selecionar uma entidade simples clicando sobre elas ou todas as entidades dentro de uma caixa.

    O cone Ajuste, quando clicado, coloca todas as peas existentes e ativas no modelo visveis e ajustadas na Janela Grfica.

    O cone Aramado, quando clicado, muda o tipo de Janela Grfica mostrando apenas as arestas das peas do modelo.

    Quando clicado o cone Rtulo, permite que os rtulos que aparecem indicando as condies de contorno, por exemplo, possam ser re-posicionados, arrastando-os para um outro local da pea.

    Os cones do Filtro de Seleo preestabelecem o tipo de entidades que sero selecionadas para definir contato, foras, apoios, etc.

    Os cones de manipulao possibilitam selecionar o tipo de movimentao visual das peas na Janela Grfica, posicionado, rotacionando, etc.

    O cone Olhar Para, permite a visualizao de uma face que j estiver selecionada, centralizada e frente na Janela Grfica.

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    Criar um grupo Selecionar itens do grupo Suprimir ou Habilitar grupo

    Nome do Grupo, alternar entre os grupos Controle de Visibilidade de itens

    O cone Janelas permite a organizao e controle da quantidade de Janelas Grficas ativas.

    A barra de ferramentas de Contexto tem seu contedo alterado sempre que um item diferente da rvore selecionado, disponibilizando as ferramentas relacionadas a este item. Vide figura abaixo.

    A barra de ferramentas para Seleo de Grupos, mostrada na figura abaixo, permite especificar as peas, faces ou arestas para formao de um grupo, nomear este grupo, habilitar ou suprimir, controlar a visualizao de peas do grupo.

    Para criao de um grupo de peas, por exemplo, necessrio primeiro selecionar as peas e depois clicar no cone Criar um Grupo. Obs. Ser necessrio nomear este grupo.

    Com a Barra de Converso de unidades possvel converter valores de uma unidade de medida para outra unidade equivalente. Vide figura abaixo.

    A Barra de Ferramentas de Contexto atualizada dependendo do item selecionado no Painel da rvore

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    Seleo de tipo

    Seleo Quantidade e unidade Base

    Converso da quantidade e Seleo de unidade

    Painel da rvore No Painel da rvore existem vrias pastas cada uma contendo as definies

    relativas quele tpico. Estas pastas esto contidas na pasta Project e referem-se ao projeto ativo. Na pasta Project esto as pastas, Model e Engineering Data, dentro da pasta Model encontra-se a pasta Environment e dentro desta a pasta Solution.

    Cada uma das pastas dependente das definies contidas nelas. Na pasta Model (Modelo) aparece a geometria da pea ou conjunto a ser

    analisado e tambm a Mesh (Malha), que a discretizao da geometria, alm destes contm a pasta Environment (Condies de contorno) que deve ter todas as condies de contorno para efetuar a anlise.

    Soluo

    Detalhes de Contorno

    Resultados Desejados

    Modelo Pea ou Conjunto Projeto de Anlise

    Detalhes da Geometria: Peas

    Malha Condies de Contorno

    Materiais das Peas

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    A seleo na rvore define o que deve ser mostrado na rea abaixo

    Os campos em cinza no podem ser alterados pelo projetista

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

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

    Dentro da pasta Environment est a pasta Solution (Soluo) que deve conter as solues desejadas para a anlise da geometria.

    Painel de Detalhes Depois de estabelecidas a geometria, as condies de contorno, materiais e

    solues desejadas, pode-se verificar ou definir detalhes do modelo da anlise, seleciona-se o item desejado e aparecero no Painel de detalhes da rvore todos os detalhes relativos quele item. Vide figura abaixo.

    Quando se altera a seleo na rvore, detalhes daquele item sero mostrados, os detalhes mostrados em campos cinza no podem ser modificados, mas os demais itens podem ser alterados, alguns destes itens referem-se a entidades que devem ser selecionadas, por exemplo, superfcies de apoio, como mostrado na figura acima.

    Outros itens que necessitam de entrada de informaes so; valores de fora, presso, etc. que complementam as condies de contorno, o campo para entrar com estes valores denominado Magnitude.

    Se um item da soluo (Solution) selecionado na rvore sero mostrados: a quantidade entidades analisadas, o tipo de definio ou resultado estabelecido e os resultados numricos; mximo e mnimo.

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    Se a Mesh (Malha) for selecionada na rvore, ser mostrado o tipo de mtodo utilizado para obt-la e a quantidade de ns e elementos gerados.

    Se o item Geometria for selecionado na rvore, sero mostrados os detalhes relativos pea ou conjunto de peas da anlise, tais como, localizao do arquivo, propriedades de massa e volume, quantidade de peas e muitas outras informaes.

    Se uma pea em especial for selecionada na rvore sero mostradas informaes relacionadas apenas a esta pea, tais como, propriedades grficas (visibilidade, transparncia e cor), definies de material, propriedades de material, etc.

    Janela Grfica Na janela grfica so mostrados alm da geometria das peas da anlise,

    tambm as condies de contorno ou os resultados, correspondente ao item que estiver selecionado na rvore ou a aba do documento. Durante a exibio da imagem da geometria possvel interagir com a vista movendo, rotacionando, aumentando ou reduzindo sua visualizao,

    Abas do Documento Existem quatro abas do documento que se selecionadas podem mostrar na

    janela grfica informaes diversas, so elas; Geometry, Worksheet, Print Preview e Report Preview.

    Com a aba Geometry selecionada so mostradas alm da geometria, as condies de contorno e resultados conforme combinao de seleo na rvore.

    Com a aba Worksheet selecionada e uma das pastas Environment ou Solution selecionadas na rvore, possvel ver na janela grfica informaes relativas ao item correspondente.

    Com a aba Print Preview selecionada possvel ver como ser impressa a imagem da janela grfica.

    Com a aba Report Preview selecionada possvel estabelecer como o relatrio da anlise ser montado, quais itens devem aparecer e quais itens no devem aparecer, posio das figuras, etc.

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    Etapas Requeridas

    Verificar Material

    Inserir Cargas

    Inserir Apoios

    Inserir Resultados Desejados Resolver

    Ver Resultados

    Ver Relatrio

    Janela Simulation Wizard A janela Simulation Wizard auxilia a execuo da anlise indicando ao

    projetista onde esto as ferramentas e a ordem em que devem preferencialmente ser feitos os procedimentos antes da anlise. Vide figura abaixo.

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    rea da superfcie Comprimento da Aresta

    Ao selecionar um item no Simulation Wizard indicado na interface onde se localiza as ferramentas para executar aquele procedimento.

    Ao iniciar o Design Simulation a janela Simulation Wizard iniciada automaticamente possibilitando definir o tipo de anlise desejada Estrutural, Trmica, Fadiga, etc. Vide figura abaixo.

    Barra de Status Na Barra de Status podem ser mostrados reas de superfcie, comprimentos,

    etc. das entidades selecionadas. Vide figura abaixo.

    Anlise de Fadiga

    Anlise de Vibrao

    Otimizador de Forma

    Anlise Trmica

    Anlise Estrutural de Materiais Frgeis

    Anlise Estrutural de Materiais Dcteis

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    2 - Criar novo Projeto

    3 - Usar Desenho um Existente

    4 - Localizar o Arquivo

    5 - Definir onde guardar os arquivos 6 - Entrar no ambiente criando uma Simulao

    1 - Iniciar o Ansys

    Exemplo 1 Analise de uma pea: Existem modos diferentes de iniciar a anlise de uma pea ou conjunto, um

    destes modos feito conforme descrito abaixo. 1 - Iniciar o Ansys Workbench 2 - Clicar em Create a new project, para criar um novo projeto de anlise. 3 - Selecionar a segunda opo que A link to a geometry file on my

    computer, para encontrar uma pea existente no computador. Vide figura abaixo. 4 - Clicar em Browse... de Select a geometry file, para localizar o arquivo de

    desenho que se deseja analisar, neste exemplo, o arquivo a ser utilizado um arquivo do tutorial do inventor denominado Link, que se encontra em C: \Arquivos de programas\Autodesk \Inventor 8\Tutorial Files\ NewClaw.ipt.

    5 - Na opo Choose a default name and location possvel escolher o local onde devem ficar os arquivos que sero gerados pelo exemplo clicando em Browse.

    6 - Mais abaixo possvel abrir uma nova simulao baseada na geometria selecionada clicando em Open a new simulation based on the selected geometry.

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    Selecionar Stress Ductile Material

    7 - O ambiente de simulao ento iniciado conforme mostrado na figura abaixo. Neste ambiente seleciona-se Stress Branch Dutile Material, ou seja, Simulao estrutural de material dctil (macio). O material a ser utilizado ser o material padro que foi definido automaticamente ao iniciar a simulao Structural Steel.

    Ao selecionar a opo so mostrados, no Simulation Wizard, os procedimentos que se deve seguir para a simulao, e automaticamente so colocados os tipos de solues normalmente desejados para este tipo de material, conforme mostrados na figura abaixo.

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    Carga

    Face selecionada

    Aplicar a Carga apenas nesta Face

    Definir a Magnitude da Carga

    Definir o Sentido da Carga

    8 - Seguindo-se os procedimentos recomendados no Simulation Wizard clica-se em Insert Loads no prprio Simulation Wizard e ele nos mostrar onde encontrar as opes para inserir as cargas, conforme mostrado na figura anterior.

    9 - Clicando-se onde foi indicado Structural para este exemplo seleciona-se Force, imediatamente aparece Force na pasta Environment e o cursor do mouse estar pronto para que o projetista decida onde deve ser aplicada a carga na pea. Para este exemplo ser aplicada na face que aparece em verde na figura abaixo.

    10 - Depois de clicar na face necessrio aplicar para confirmar a seleo ou cancelar se a entidade geomtrica selecionada no for o local correto para a carga.

    11 - Clicando no campo Magnitude que aparece amarelo no painel de detalhes se pode estabelecer o valor da carga. Para este exemplo coloca-se 2000 Newtons.

    12 - Se o sentido de aplicao no estiver correto, clica-se no campo em amarelo Direction e depois em uma face ou aresta para ter uma referncia de direo e depois nas setas que aparecem no canto superior direito da janela grfica e alterar-se o sentido da carga.

    13 - Seguindo os procedimentos em Simulation Wizard clica-se em Insert Supports e depois em Fixed Support. Neste momento aparece o Fixed Support tambm na pasta Environment e o cursor do mouse novamente fica pronto para

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    Apoios

    Aplicar

    Furos

    selecionar uma ou mais entidades geomtricas da pea para serem os apoios da pea.

    Neste exemplo necessrio selecionar os furos da pea mostrados na figura abaixo. Para isto necessrio manter pressionada a tecla CTRL, para realizar a seleo mltipla das entidades e aplicar.

    14 - Uma vez que j foram definidas as condies de contorno, material e os resultados desejados, pode-se resolver clicando em Solve. Solve acessado na Barra de Ferramentas Padro ou clicando-se com o boto direito em qualquer local da rvore.

    O Ansys ir iniciar a simulao verificando se todas as condies iniciais foram atendidas, criar a malha, preparar o modelo, resolver o que foi requisitado e por fim, mostrar os resultados na janela grfica.

    No Simulation Wizard devem aparecer todos os itens ticados em verde, indicando que tudo foi realizado corretamente e na rvore ao lado de cada resultado devem aparecer os mesmo sinais. Vide figura ao lado.

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    Tenso von Mises

    Tenso de Cisalhamento Deformao

    Fator de Segurana

    Margem de Segurana

    Malha

    Vide as figuras a seguir com os resultados.

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    Anlise O mais importante de tudo o que simulado no Ansys ou qualquer outro

    programa de anlise depende do projetista, uma vez que ele quem define material, condies de contorno, resultados, etc. so estabelecidos pelo projetista e ele quem deve analisar os resultados obtidos e aprovar ou no o projeto.

    Ao aprovar um projeto, o projetista est atestando sua funcionalidade, segurana e confiabilidade.

    Esta apostila no tem como objetivo ensinar o projetista decidir quando deve ou no aprovar um projeto, mas algumas dicas podem auxiliar para que este caminho, entre idealizao e aprovao do projeto, seja encurtado.

    Uma maneira de realizar isto responder algumas questes: A pea ou conjunto atende a funcionalidade esperada da mquina ou

    equipamento? A pea ou conjunto podem ser fabricados com os recursos de fabricao

    disponveis? A pea ou conjunto podem ser fabricados com materiais ou processos

    diferenciados que reduzam seu custo? possvel reduzir seu custo alterando a matria prima ou processo de

    fabricao? A pea ou conjunto podem oferecer risco segurana das pessoas

    envolvidas no processo de fabricao, transporte, utilizao ou qualquer outra fase de sua vida til ou durante a reciclagem do material?

    Em caso de falha da pea ou conjunto existe alguma possibilidade de que ocorra falta de segurana como as citas anteriormente?

    A pea ou conjunto podem oferecer risco segurana do patrimnio em qualquer fase de sua vida ou durante a reciclagem?

    As tolerncias de dureza, dimensionais, etc. so adequadas ao projeto, ou seja, no so estreitas demais encarecendo desnecessariamente nem abertas demais causando mal funcionamento do conjunto ou risco segurana?

    O tempo de vida da pea ou conjunto est dentro do esperado pelo cliente? A disposio da pea ou conjunto permite a manuteno peridica e troca de

    seus componentes?

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    Os componentes do tipo; parafusos, porcas, rolamentos, motores, etc. utilizados na construo da mquina ou equipamento so normalizados ou so especiais?

    No seria possvel substituir os componentes especiais por normalizados e assim reduzir o custo de fabricao e manuteno?

    As perguntas formuladas no esto necessariamente em uma ordem de prioridades.

    Outras perguntas poderiam ser formuladas para complementar o questionrio, de forma a se obter maior certeza de um perfeito funcionamento, confiabilidade e segurana. Mas para esta apostila que como dito anteriormente no tem esta finalidade j suficiente.

    Uma pergunta que poderia ser formulada pelo leitor agora : Como utilizar os resultados obtidos atravs do Design Simulation do Ansys para obter algumas das respostas necessrias?

    No exemplo dado no foi especificado a aplicao a ser dada pea ou seus critrios de funcionamento e segurana e diversos outros aspectos importantes para uma completa explorao deste caso, mas se podem verificar atravs dos resultados alguns itens importantes citados no questionrio, so eles:

    A tenso de escoamento trao que o material suporta 250MPa e o maior valor obtido pela simulao (Tenso Equivalente von-Misses) foi 150MPa, ou seja, a pea no ir romper por trao ou compresso.

    A tenso de cisalhamento (Shear) que o material suporta a metade da tenso de escoamento 125MPa, e o maior valor obtido na simulao foi 77,7MPa, portanto a pea tambm no romper por cisalhamento.

    A maior deformao obtida pelo Design Simulation foi 0,1mm, portanto se esta deformao no impedir o funcionamento do equipamento um critrio que obteve aprovao.

    Foram colocadas automaticamente como itens de resultados desejados duas pastas Stress Tool e Stress Tool 2 em Solution. Se verificar o seu contedo se v que existem dois resultados em cada uma das pastas e referem-se s tenses von Mises e Cisalhamento (Shear) respectivamente.

    Existe o Safety Factor (Fator de Segurana) e o Safety Margin (Margem de Segurana) quando tenso von Mises o fator de segurana mnimo 1,7 e a margem de segurana ento 0,7.

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    Da mesma forma o fator de segurana para cisalhamento 1,6 e a margem de segurana ento 0,6.

    Ou seja, em ambos o programa forneceu os fatores de segurana e a margem de segurana que se est sendo utilizada para a pea.

    Se a aplicao da pea no for crtica e no houver carregamento cclico que venha a causar fadiga do material a pea do exemplo pode ser aprovada.

    Entretanto, se a utilizao da pea fosse em uma mquina ou equipamento em que a segurana pudesse ser prejudicada em caso de falha seria necessrio rever o projeto para que o fator de segurana fosse aumentado.

    Para aumentar o fator de segurana possvel alterar o material, alterar a sua geometria nos pontos crticos, ou seja, onde as tenses so maiores ou reduzir o carregamento.

    Entretanto se a aplicao no for crtica, mas a pea durante sua utilizao estiver submetida a cargas que variem com o tempo e eventualmente possam causar a fadiga do material, necessrio que seja feito uma nova anlise para verificar se a pea no falhar por fadiga.

    No Design Simulation do Ansys possvel alterar o material da anlise colocando um outro existente na livraria ou criar um novo material e tambm verificar a resistncia fadiga de materiais.

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    Exemplo 2 Analise de um Conjunto de Peas: A anlise de conjuntos de peas montadas se

    diferencia da anlise de apenas uma pea por necessitar de definio de contato entre as peas e consequentemente da interao entre estas peas do conjunto.

    As peas do conjunto podem ser de materiais diferentes que o Ansys ir simular o comportamento interativo de cada material.

    Os contatos entre as peas so aplicados automaticamente entre as faces das peas, como se as peas estivessem coladas (Bonded) se a proximidade entre as peas for menor que um valor predefinido. Entretanto o tipo de contato pode ser alterado a qualquer tempo pelo analista. Vide figura abaixo.

    As definies de contato esto em detalhes da rvore quando se seleciona Contact.

    Um conjunto de peas ao ser transferido para o ambiente de simulao leva o nome de cada uma das peas que fazem parte do conjunto, podendo ento serem identificadas facilmente para que possam receber a especificao dos materiais com os quais sero construdos.

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    Ao selecionar uma pea do conjunto na rvore, o painel de detalhes da rvore mostrar informaes relativas quela pea em especial, entre estas informaes est a especificao do material, clicando sobre o campo do material se pode alterar o material.

    Clicando em Browse aparece uma janela de dilogo que mostra os materiais existentes na biblioteca do Ansys para realizar a troca. Nos programas associativos o material pode ser importado e aplicado automaticamente a cada uma das peas.

    Neste exemplo de conjunto de peas, um pisto tem um pino encaixado na bucha de bronze de uma biela e tambm nesta, dois casquilhos de bronze onde dever estar o virabrequim. Supondo que uma determinada carga seja aplicada sobre a superfcie do pisto devido a exploso na cmara de combusto de um motor. Quais seriam os pontos com as maiores tenses no conjunto?

    Para analisar a condio citada necessrio colocar as condies de contorno mais prximas possveis da realidade. Neste exemplo foi colocada uma fora de 10kN (Force) sobre o pisto, apoio fixo (Fixed Support) em um dos casquilhos e um apoio sem atrito (Frictionless Support) na superfcie externa do pisto. Obs.: a temperatura de anlise 22 C. Vide figura abaixo mostrando as condies de contorno.

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    Note que a temperatura da anlise irreal, pois uma cmara de combusto de motor superior aos 22 C, mas para este exemplo desprezou-se esta condio.

    Antecipadamente, se pode definir o tipo de anlise como Stress Branch Ductile Material no Simulation Wizard, ou seja, anlise para materiais dcteis (macios) e formar a malha (Mesh) clicando sobre Mesh com boto direito do mouse e depois em Preview Mesh (Prvia da Malha). Vide figura abaixo.

    Aps a gerao da malha (Discretizao) basta clicar no raio amarelo ou com boto em Solve para iniciar a anlise. Vide figura abaixo.

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    Ao clicar em Solve o Ansys inicia a anlise e mostra em uma janela o status da anlise que possui diversas etapas entre elas a preparao, resoluo e atualizao grfica dos resultados. Vide figura anterior.

    Ao encerar a anlise se podem ver na janela grfica os resultados clicando em cada uma das solues.

    Na figura ao lado mostrado o resultado das tenses von Mises, mas os maiores valores esto ocultos pelo pisto, esta visualizao mostra o exterior com cores suavizadas e tambm o modelo indeformado. obvio que com esta visualizao no se pode saber onde exatamente ocorrem as maiores tenses.

    Ocultando o pisto na visualizao possvel ver que a regio de grande tenso na pea ocorre entre o pino e a bucha, conforme mostrado na figura abaixo, para isto clica-se com boto direito do mouse sobre a pea desejada e depois em Hide Body.

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

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

    Ao lado se v a deformao exagerada que ocorre nas peas em funo da carga e rigidez do material.

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    Na figura ao lado, se pode ver que o fator de segurana, para o critrio von Mises, do conjunto de peas menor quando a tenso maior.

    Clicando em Report Preview na janela grfica aparecero alguns campos que devem ser preenchidos e so mostrados na figura abaixo. Se forem inseridas figuras para mostrar cada uma das imagens da anlise seja geometria, malha, condies de contorno ou solues elas sero mostradas no relatrio. Clicando em Generate Report se tem a gerao do Relatrio. possvel quebrar a pgina antes de inserir uma figura e tambm exportar o arquivo para Microsoft Word e Power Point.