Apostila Ansys Workbench

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Apostila de treinamento ANSYS Workbench

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

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SUMÁRIO

APOSTILA DE TREINAMENTO ANSYS WORKBENCH ............................................................................. 1 SUMÁRIO .............................................................................................................................................................. 2 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................................... 3 TELA INICIAL DO ANSYS WORKBENCH ..................................................................................................... 7 AMBIENTE DE ANÁLISE – DESIGN SIMULATION ..................................................................................... 9

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

EXEMPLO 1 – ANALISE DE UMA PEÇA: ............................................................................................................. 21 ANÁLISE ............................................................................................................................................................ 26 EXEMPLO 2 – ANALISE DE UM CONJUNTO DE PEÇAS: .................................................................................... 29

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Introdução

O programa Ansys é um dos vários programas de análises pelo método de

elementos finitos existentes no mundo. Outros programas, por exemplo, são: Algor,

Ideas, Abaqus, Visual Nastran, etc.

A análise por elementos finitos que originalmente foi desenvolvida para

sólidos, atualmente é utilizada também na mecânica dos fluídos, transferência de

calor, magnetismo, etc.

A utilização destes programas se justifica quando a geometria das peças é

complexa ou se tem a interação de materiais diferentes, pois o método usado pelo

computador é o método numérico e não o método analítico.

O método numérico realiza mais rapidamente, os cálculos do que uma pessoa

com sua calculadora.

O programa mostra os resultados graficamente na tela permitindo

identificação visual da geometria e resultados facilitando a interpretação do que está

ocorrendo na peça ou conjunto.

O processo de desenvolvimento do projeto é acelerado pelaa rapidez de

análise que possibilita a otimização coerente da peça ou conjunto antes da sua

fabricação.

O aumento significativo da utilização destes tipos de programas na execução

de análises se deve principalmente á crescente velocidade de processamento dos

computadores nas ultimas décadas e á facilidade de acesso a estes pela sua

redução de custo.

Os programas de análises se utilizam das informações existentes nos

arquivos dos desenhos feitos em computador (CAD) para saber, entre outras coisas,

a geometria das peças. Alguns programas como o Ansys também permitem que o

desenho seja feito no próprio programa.

Esta geometria da peça, que é originalmente contínua, é subdividida pelo

programa de análise, em pequenos elementos, em uma quantidade finita, mantendo

estes elementos interligados por nós, formando aquilo que denominamos malha,

este processo chama-se Discretização. E é desta divisão em elementos que surgiu o

termo “análise pelo método de elementos finitos”.

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Cada um dos elementos é interpretado como uma mola que possui rigidez e

tamanho predeterminado. Vide figura a seguir.

Portanto:

Cada um dos elementos é analisado como se fosse uma mola e contribui para

a formação das matrizes nos termos de carregamento, deslocamento e rigidez.

Sendo que a rigidez depende das propriedades do material e geometria da peça.

Vide figura abaixo.

O conjunto dos elementos através dos nós comuns á eles formam a matriz

global, com dois elementos, dois nós cada elemento e um grau de liberdade. Vide

figura abaixo.

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

, ,

, similar to

F lE

A lEA

F l F kxl

σ ε σ ε∆= = =

� �= ∆ =� �� �

1 1 2 2 1

2 2 2 2

F K K K U

F K K U

+ −� � � �� �= −� � � �� �

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O programa calcula o deslocamento de cada um dos nós e as tensões

naquele ponto.

O tempo de processamento para obterem-se os resultados depende

diretamente da quantidade de nós e elementos existentes. Quanto maior a

quantidade de nós e elementos, maior o tempo para o computador mostrar os

resultados.

A análise se divide em três etapas distintas são elas: o pré-processamento,

solução e pós-processamento.

No pré-processamento se deve definir: a geometria, tipo de análise, malha,

propriedades dos materiais e condições de contorno.

Na solução se deve definir o tipo de solução desejada (equações lineares ou

não lineares) para se obter os deslocamentos nodais.

No pós-processamento se podem obter outros tipos de resultados tais como,

tensões, fluxo de calor, convergência, fatores de segurança, etc.

O programa pode não realizar a análise por motivos tais como: Má formação

dos elementos (devido geralmente aos erros geométricos), insuficiente espaço em

disco ou memória RAM e insuficientes informações para as condições de contorno.

Na figuras abaixo, se tem á esquerda as condições de contorno de uma peça

com apoios e carga aplicada nos furos e a direita a mesma peça com a malha

discretizada automaticamente pelo programa ANSYS 8.0.

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Definições: Pré - Processamento

Definições: Solução e Pós-processamento

Definição de Material Pré - Processamento

Na figura abaixo, são mostradas as definições relativas á análise do projeto

da peça anterior.

Nas figuras abaixo, se tem um exemplo de resultados da análise estrutural,

onde á esquerda é mostrada a peça colorida, representando a variação de tensão

nesta, tendo ao lado na legenda, uma barra colorida mostrando a correspondência

entre as cores e a variação de tensão na peça.

Á direita é mostrada a mesma peça e a deformação sofrida em decorrência

das condições de contorno e da elasticidade do material da peça.

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Criar um novo Projeto

Opções

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 opções para criar um novo projeto de análise são

elas: 1° Conectar com o desenho atualmente aberto e ao programa de CAD no

Computador, 2° Conectar com o arquivo de desenho no computador ou na rede e 3°

Não conectar para que o desenho seja feito no próprio Ansys.

Clicando em Open na existent project (Abrir um projeto existente) aparecem

as pastas que contém arquivos de projeto (*.wbdb) workbench data base, após

selecionar a pasta que se desejada abrir, pode-se clicar em Open. Vide figura

abaixo.

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O Ansys Workbench™ possui três ambientes funcionais diferentes que estão

interligados associativamente, ou seja, podem fornecer instantaneamente

informações para os outros ambientes são eles: o Design Simulation, o Design

Modeler e o Design Xplorer.

No ambiente do Design Simulation, se podem realizar as análises de peças

ou conjuntos de peças, seja análise estrutural, térmica ou de vibrações.

No ambiente do Design Modeler, se podem desenhar peças para análises.

No ambiente do Design Xplorer, se podem realizar estudos para a melhoria

das peças pela mudança de parâmetros que o projetista pode escolher.

Nesta apostila detalharemos apenas o ambiente Design Simulation.

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Ambiente de análise – Design Simulation

Para se utilizar das ferramentas para análise existentes no ambiente Design

Simulation do Ansys é imprescindível que se tenha um desenho de computador

pronto e feito em qualquer um dos programas que o Ansys consiga obter

informações do arquivo. Os tipos de arquivos que o Ansys consegue “ler” são

aqueles feitos nos programas mostrados na figura abaixo, ou seja, UG, Parasolid,

Acis, SolidWorks, Catia, Solid Edge, Mechanical Desktop e Autodesk Inventor.

Os programas podem ser associativos ou não associativos com o Ansys. Os

Programas associativos são:

� Inventor R5.3, R6, … R11

� Mechanical Desktop (v5 ou v6)

� Pro/ENGINEER 2001/Wildfire

� Solid Edge v12 e 14

� SolidWorks 2001+, 2003

� Unigraphics v18/NX

� Design Modeler/AGP 8

Os programas Não-Associativos são:

� CATIA v4

� CATIA v5 (R2 – R10)

� Parasolid (14.1)

� ACIS (10.0)

� IGES r 4.0, 5.2, 5.3

A vantagem de utilização de programas associativos é que os programas se

comunicam entre si podendo trocar informações para sua atualização instantânea,

ou seja, além de entender as mudanças de geometria da peça, o Ansys também

pode importar outras informações, tais como material, por exemplo, ou enviar

informações para a melhoria da peça alterando forma, material, etc.

Como foi descrito anteriormente é possível criar um novo projeto baseado em

uma geometria existente no computador, para isto, basta localizar o arquivo em

Browse de “Select a geometry file” e depois em “Open a new simulation” ou “Open

the Project Page”.

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Na figura que se segue, é mostrada a janela da opção “Open the Project

Page”, nesta janela, clicando na pasta do projeto, se tem algumas opções

importantes, tais como, alterar o nome da peça, definir uma nova unidade de medida

para a peça, atualizar a lista de peças existentes na pasta, incluir um novo arquivo

na pasta, etc.

Ao clicar em um dos arquivos de peças existentes na pasta, outras opções

aparecem, entre elas criar uma simulação. Vide figura abaixo.

Assim ao acessar o ambiente de análise do Design Simulation do Ansys

pode-se iniciar as definições necessárias para a simulação da peça ou conjunto de

peças, outra opção para iniciar o Ansys automaticamente com os programas

associativos citados é através do próprio programa de desenho e ir direto para o

ambiente de análise. Vide interface do ambiente na figura que se segue.

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Simulation Wizard

Painel de Detalhes da Árvore

Painel da Árvore

Menus e Barras de Ferramentas

Janela Gráfica

Abas de Opções do Documento

Barra de Status

Na interface do ambiente do Design Simulation existem regiões distintas,

conforme mostrado na figura anterior, nessas regiões se tem opções diferentes para

executar procedimentos específicos.

Os Menus e Barras de Ferramentas oferecem acesso a recursos de

configuração do programa, visualização do modelo, seleção de entidades gráficas,

seleção de peças por nome e atualização do modelo.

No Painel da Árvore são mostrados todos os modelos de simulação

existentes e nestes modelos as suas peças, também são mostradas suas definições

de pré e pós processamento, ou seja, malha, materiais, áreas de contato entre as

peças, condições de contorno e soluções desejadas.

No Painel de Detalhes da Árvore são mostrados todos os detalhes do item

selecionado no Painel da Árvore, possibilitando alteração ou definição daquele item.

Na Janela Gráfica, podem ser mostradas a geometria, as condições de

contorno, os resultados da simulação, além de prévias de impressão e relatório da

simulação.

Na janela Simulation Wizard se tem opções de orientação para montagem da

simulação. Esta janela pode ou não ser mostrada conforme especificação do

usuário.

Nas Abas do Documento se pode alternar a janela gráfica entre geometria,

prévias de impressão e relatório da simulação.

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Na Barra de Status são mostradas as configurações de unidade de medidas,

além de mostrar as medidas de uma determinada entidade quando selecionada, por

exemplo, comprimento, área, volume.

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Detalhamento das Regiões da Interface

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

mostrado na figura abaixo.

Na figura abaixo aparece a Barra de Ferramentas Padrão detalhada.

Os ícones mostrados na Barra Padrão oferecem as seguintes opões:

Clicando em Simulation Wizard habilita ou não a janela de auxilio á

simulação.

O ícone de Chave de Seleção torna visível ou oculta a Barra para Seleção de

Grupo de peças.

O ícone Comentário, quando clicado, faz abrir uma janela para se inserir um

comentário á uma peça ou qualquer outro item selecionado no Painel da Árvore.

Que aparecerá quando selecionado e também no Relatório da Simulação.

O ícone Captura de Imagem quando clicado, captura a imagem ativa da

Janela Gráfica permitindo salvamento em arquivo para utilização em outros

programas, por exemplo, Paint, Word, etc.

Clicando no ícone Salvar executa o salvamento do arquivo de simulação.

O ícone Conversão de Unidades torna visível ou não a Barra de Conversão

de Unidades não mostrada nas figuras anteriores. Esta barra permite que sejam

feitas conversões entre unidades diferentes tal como uma calculadora.

Barra de Menus Principal

Barra de ferramentas de Contexto

Barra de ferramentas Padrão

Barra de ferramentas Gráficas

Barra de ferramentas com Seleção de Grupo

Simulation Wizard Chave de Seleção Comentário Captura de Imagem

Salvar Conversão de Unidades Resolver Figura

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Direção

Rótulo

Box / Simples

Filtro de Seleção

Ajuste

Manipulação

Aramado

Olhar Para Janelas

Adjacente

O ícone Resolver inicia imediatamente a resolução da simulação predefinida.

Clicando em Figura o programa insere no Painel da Árvore uma imagem

capturada do item ativo na Árvore possibilitando também a sua visualização no

Relatório de Simulação.

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

O ícone Adjacente, que aparece inativo na figura anterior, permite acrescentar

entidades adjacentes á uma entidade selecionada da peça ou a própria peça.

O ícone Direção não executa uma atividade especifica se clicado, ele apenas

mostra se esta ativa ou não a seleção de uma entidade Face ou aresta de uma peça

para a definição de direção e sentido.

O ícone Box / Simples permite alternar entre os dois métodos de seleção, ou

seja, selecionar uma entidade simples clicando sobre elas ou todas as entidades

dentro de uma caixa.

O ícone Ajuste, quando clicado, coloca todas as peças existentes e ativas no

modelo visíveis e ajustadas na Janela Gráfica.

O ícone Aramado, quando clicado, muda o tipo de Janela Gráfica mostrando

apenas as arestas das peças do modelo.

Quando clicado o ícone Rótulo, permite que os rótulos que aparecem

indicando as condições de contorno, por exemplo, possam ser re-posicionados,

arrastando-os para um outro local da peça.

Os ícones do Filtro de Seleção preestabelecem o tipo de entidades que serão

selecionadas para definir contato, forças, apoios, etc.

Os ícones de manipulação possibilitam selecionar o tipo de movimentação

visual das peças na Janela Gráfica, posicionado, rotacionando, etc.

O ícone Olhar Para, permite a visualização de uma face que já estiver

selecionada, centralizada e á frente na Janela Gráfica.

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Criar um grupo Selecionar itens do grupo Suprimir ou Habilitar grupo

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

O ícone Janelas permite a organização e controle da quantidade de Janelas

Gráficas ativas.

A barra de ferramentas de Contexto tem seu conteúdo alterado sempre que

um item diferente da Árvore é selecionado, disponibilizando as ferramentas

relacionadas a este item. Vide figura abaixo.

A barra de ferramentas para Seleção de Grupos, mostrada na figura abaixo,

permite especificar as peças, faces ou arestas para formação de um grupo, nomear

este grupo, habilitar ou suprimir, controlar a visualização de peças do grupo.

Para criação de um grupo de peças, por exemplo, é necessário primeiro

selecionar as peças e depois clicar no ícone Criar um Grupo. Obs. Será necessário

nomear este grupo.

Com a Barra de Conversão de unidades é possível converter valores de uma

unidade de medida para outra unidade equivalente. Vide figura abaixo.

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

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Seleção de tipo

Seleção Quantidade e unidade Base

Conversão da quantidade e Seleção de unidade

Painel da Árvore No Painel da Árvore existem várias pastas cada uma contendo as definições

relativas àquele tópico. Estas pastas estão contidas na pasta Project e referem-se

ao projeto ativo. Na pasta Project estão as pastas, Model e Engineering Data, dentro

da pasta Model encontra-se a pasta Environment e dentro desta a pasta Solution.

Cada uma das pastas é dependente das definições contidas nelas.

Na pasta Model (Modelo) aparece a geometria da peça ou conjunto a ser

analisado e também a Mesh (Malha), que é a discretização da geometria, além

destes contém a pasta Environment (Condições de contorno) que deve ter todas as

condições de contorno para efetuar a análise.

Solução

Detalhes de Contorno

Resultados Desejados

Modelo Peça ou Conjunto

Projeto de Análise

Detalhes da Geometria: Peças

Malha Condições de Contorno

Materiais das Peças

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A seleção na árvore define o que deve ser mostrado na área abaixo

Os campos em cinza não podem ser alterados pelo projetista

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

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

Dentro da pasta Environment está a pasta Solution (Solução) que deve conter

as soluções desejadas para a análise da geometria.

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

soluções desejadas, pode-se verificar ou definir detalhes do modelo da análise,

seleciona-se o item desejado e aparecerão no Painel de detalhes da árvore todos os

detalhes relativos àquele item. Vide figura abaixo.

Quando se altera a seleção na árvore, detalhes daquele item serão

mostrados, os detalhes mostrados em campos cinza não podem ser modificados,

mas os demais itens podem ser alterados, alguns destes itens referem-se a

entidades que devem ser selecionadas, por exemplo, superfícies de apoio, como

mostrado na figura acima.

Outros itens que necessitam de entrada de informações são; valores de força,

pressão, etc. que complementam as condições de contorno, o campo para entrar

com estes valores é denominado Magnitude.

Se um item da solução (Solution) é selecionado na árvore serão mostrados: a

quantidade entidades analisadas, o tipo de definição ou resultado estabelecido e os

resultados numéricos; máximo e mínimo.

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Se a Mesh (Malha) for selecionada na árvore, será mostrado o tipo de método

utilizado para obtê-la e a quantidade de nós e elementos gerados.

Se o item Geometria for selecionado na árvore, serão mostrados os detalhes

relativos á peça ou conjunto de peças da análise, tais como, localização do arquivo,

propriedades de massa e volume, quantidade de peças e muitas outras informações.

Se uma peça em especial for selecionada na árvore serão mostradas

informações relacionadas apenas a esta peça, tais como, propriedades gráficas

(visibilidade, transparência e cor), definições de material, propriedades de material,

etc.

Janela Gráfica Na janela gráfica são mostrados além da geometria das peças da análise,

também as condições de contorno ou os resultados, correspondente ao item que

estiver selecionado na árvore ou a aba do documento. Durante a exibição da

imagem da geometria é possível interagir com a vista movendo, rotacionando,

aumentando ou reduzindo sua visualização,

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

janela gráfica informações diversas, são elas; Geometry, Worksheet, Print Preview e

Report Preview.

Com a aba Geometry selecionada são mostradas além da geometria, as

condições de contorno e resultados conforme combinação de seleção na árvore.

Com a aba Worksheet selecionada e uma das pastas Environment ou

Solution selecionadas na árvore, é possível ver na janela gráfica informações

relativas ao item correspondente.

Com a aba Print Preview selecionada é possível ver como será impressa a

imagem da janela gráfica.

Com a aba Report Preview selecionada é possível estabelecer como o

relatório da análise será montado, quais itens devem aparecer e quais itens não

devem aparecer, posição das figuras, etc.

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Etapas Requeridas

Verificar Material

Inserir Cargas

Inserir Apoios

Inserir Resultados Desejados

Resolver

Ver Resultados

Ver Relatório

Janela Simulation Wizard A janela Simulation Wizard auxilia a execução da análise indicando ao

projetista onde estão as ferramentas e a ordem em que devem preferencialmente

ser feitos os procedimentos antes da análise. Vide figura abaixo.

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Área da superfície Comprimento da Aresta

Ao selecionar um item no Simulation Wizard é indicado na interface onde se

localiza as ferramentas para executar aquele procedimento.

Ao iniciar o Design Simulation a janela Simulation Wizard é iniciada

automaticamente possibilitando definir o tipo de análise desejada Estrutural,

Térmica, Fadiga, etc. Vide figura abaixo.

Barra de Status Na Barra de Status podem ser mostrados áreas de superfície, comprimentos,

etc. das entidades selecionadas. Vide figura abaixo.

Análise de Fadiga

Análise de Vibração

Otimizador de Forma

Análise Térmica

Análise Estrutural de Materiais Frágeis

Análise Estrutural de Materiais Dúcteis

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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 Simulação

1° - Iniciar o Ansys

Exemplo 1 – Analise de uma peça: Existem modos diferentes de iniciar a análise de uma peça ou conjunto, um

destes modos é feito conforme descrito abaixo.

1° - Iniciar o Ansys Workbench

2° - Clicar em “Create a new project”, para criar um novo projeto de análise.

3° - Selecionar a segunda opção que é “A link to a geometry file on my

computer”, para encontrar uma peça existente no computador. Vide figura abaixo.

4° - Clicar em Browse... de “Select a geometry file”, para localizar o arquivo de

desenho que se deseja analisar, neste exemplo, o arquivo a ser utilizado é um

arquivo do tutorial do inventor denominado Link, que se encontra em C: \Arquivos de

programas\Autodesk \Inventor 8\Tutorial Files\ NewClaw.ipt.

5° - Na opção “Choose a default name and location” é possível escolher o

local onde devem ficar os arquivos que serão gerados pelo exemplo clicando em

Browse.

6° - Mais abaixo é possível abrir uma nova simulação baseada na geometria

selecionada clicando em “Open a new simulation based on the selected geometry”.

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Selecionar Stress Ductile Material

7° - O ambiente de simulação é então iniciado conforme mostrado na figura

abaixo. Neste ambiente seleciona-se Stress Branch – Dutile Material, ou seja,

Simulação estrutural de material dúctil (macio). O material a ser utilizado será o

material padrão que foi definido automaticamente ao iniciar a simulação “Structural

Steel”.

Ao selecionar a opção são mostrados, no Simulation Wizard, os

procedimentos que se deve seguir para a simulação, e automaticamente são

colocados os tipos de soluções normalmente desejados para este tipo de material,

conforme mostrados na figura abaixo.

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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 próprio “Simulation Wizard” e ele nos mostrará onde

encontrar as opções para inserir as cargas, conforme mostrado na figura anterior.

9° - Clicando-se onde foi indicado “Structural” para este exemplo seleciona-se

“Force”, imediatamente aparece Force na pasta Environment e o cursor do mouse

estará pronto para que o projetista decida onde deve ser aplicada a carga na peça.

Para este exemplo será aplicada na face que aparece em verde na figura abaixo.

10° - Depois de clicar na face é necessário aplicar para confirmar a seleção

ou cancelar se a entidade geométrica selecionada não for o local correto para a

carga.

11° - Clicando no campo Magnitude que aparece amarelo no painel de

detalhes se pode estabelecer o valor da carga. Para este exemplo coloca-se 2000

Newtons.

12° - Se o sentido de aplicação não estiver correto, clica-se no campo em

amarelo Direction e depois em uma face ou aresta para ter uma referência de

direção e depois nas setas que aparecem no canto superior direito da janela gráfica

e alterar-se o sentido da carga.

13° - Seguindo os procedimentos em “Simulation Wizard” clica-se em “Insert

Supports” e depois em “Fixed Support”. Neste momento aparece o “Fixed Support”

também na pasta “Environment” e o cursor do mouse novamente fica pronto para

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Apoios

Aplicar

Furos

selecionar uma ou mais entidades geométricas da peça para serem os apoios da

peça.

Neste exemplo é necessário selecionar os furos da peça mostrados na figura

abaixo. Para isto é necessário manter pressionada a tecla CTRL, para realizar a

seleção múltipla das entidades e aplicar.

14° - Uma vez que já foram definidas as condições de contorno, material e os

resultados desejados, pode-se resolver clicando em Solve. Solve é acessado na

Barra de Ferramentas Padrão ou clicando-se com o botão direito em qualquer local

da árvore.

O Ansys irá iniciar a simulação verificando se todas as condições iniciais

foram atendidas, criar a malha, preparar o modelo, resolver o que foi requisitado e

por fim, mostrar os resultados na janela gráfica.

No “Simulation Wizard” devem aparecer todos os itens ticados em verde,

indicando que tudo foi

realizado corretamente e na

árvore ao lado de cada

resultado devem aparecer

os mesmo sinais. Vide

figura ao lado.

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Tensão von Mises

Tensão de Cisalhamento Deformação

Fator de Segurança

Margem de Segurança

Malha

Vide as figuras a seguir com os resultados.

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

programa de análise depende do projetista, uma vez que é ele quem define material,

condições de contorno, resultados, etc. são estabelecidos pelo projetista e é ele

quem deve analisar os resultados obtidos e aprovar ou não o projeto.

Ao aprovar um projeto, o projetista está atestando sua funcionalidade,

segurança e confiabilidade.

Esta apostila não tem como objetivo ensinar o projetista decidir quando deve

ou não aprovar um projeto, mas algumas dicas podem auxiliar para que este

caminho, entre idealização e aprovação do projeto, seja encurtado.

Uma maneira de realizar isto é responder á algumas questões:

A peça ou conjunto atende a funcionalidade esperada da máquina ou

equipamento?

A peça ou conjunto podem ser fabricados com os recursos de fabricação

disponíveis?

A peça ou conjunto podem ser fabricados com materiais ou processos

diferenciados que reduzam seu custo?

É possível reduzir seu custo alterando a matéria prima ou processo de

fabricação?

A peça ou conjunto podem oferecer risco á segurança das pessoas

envolvidas no processo de fabricação, transporte, utilização ou qualquer outra fase

de sua vida útil ou durante a reciclagem do material?

Em caso de falha da peça ou conjunto existe alguma possibilidade de que

ocorra falta de segurança como as citas anteriormente?

A peça ou conjunto podem oferecer risco á segurança do patrimônio em

qualquer fase de sua vida ou durante a reciclagem?

As tolerâncias de dureza, dimensionais, etc. são adequadas ao projeto, ou

seja, não são estreitas demais encarecendo desnecessariamente nem abertas

demais causando mal funcionamento do conjunto ou risco á segurança?

O tempo de vida da peça ou conjunto está dentro do esperado pelo cliente?

A disposição da peça ou conjunto permite a manutenção periódica e troca de

seus componentes?

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Os componentes do tipo; parafusos, porcas, rolamentos, motores, etc.

utilizados na construção da máquina ou equipamento são normalizados ou são

especiais?

Não seria possível substituir os componentes especiais por normalizados e

assim reduzir o custo de fabricação e manutenção?

As perguntas formuladas não estão necessariamente em uma ordem de

prioridades.

Outras perguntas poderiam ser formuladas para complementar o questionário,

de forma a se obter maior certeza de um perfeito funcionamento, confiabilidade e

segurança. Mas para esta apostila que como dito anteriormente não tem esta

finalidade já é suficiente.

Uma pergunta que poderia ser formulada pelo leitor agora é: Como utilizar os

resultados obtidos através do Design Simulation do Ansys para obter algumas das

respostas necessárias?

No exemplo dado não foi especificado a aplicação a ser dada á peça ou seus

critérios de funcionamento e segurança e diversos outros aspectos importantes para

uma completa exploração deste caso, mas se podem verificar através dos

resultados alguns itens importantes citados no questionário, são eles:

A tensão de escoamento á tração que o material suporta é 250MPa e o maior

valor obtido pela simulação (Tensão Equivalente von-Misses) foi 150MPa, ou seja, a

peça não irá romper por tração ou compressão.

A tensão de cisalhamento (Shear) que o material suporta é a metade da

tensão de escoamento 125MPa, e o maior valor obtido na simulação foi 77,7MPa,

portanto a peça também não romperá por cisalhamento.

A maior deformação obtida pelo Design Simulation foi 0,1mm, portanto se

esta deformação não impedir o funcionamento do equipamento é um critério que

obteve aprovação.

Foram colocadas automaticamente como itens de resultados desejados duas

pastas Stress Tool e Stress Tool 2 em Solution. Se verificar o seu conteúdo se vê

que existem dois resultados em cada uma das pastas e referem-se ás tensões von

Mises e Cisalhamento (Shear) respectivamente.

Existe o Safety Factor (Fator de Segurança) e o Safety Margin (Margem de

Segurança) quando á tensão von Mises o fator de segurança mínimo é 1,7 e a

margem de segurança é então 0,7.

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

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Da mesma forma o fator de segurança para cisalhamento é 1,6 e a margem

de segurança é então 0,6.

Ou seja, em ambos o programa forneceu os fatores de segurança e a

margem de segurança que se está sendo utilizada para a peça.

Se a aplicação da peça não for crítica e não houver carregamento cíclico que

venha a causar fadiga do material a peça do exemplo pode ser aprovada.

Entretanto, se a utilização da peça fosse em uma máquina ou equipamento

em que a segurança pudesse ser prejudicada em caso de falha seria necessário

rever o projeto para que o fator de segurança fosse aumentado.

Para aumentar o fator de segurança é possível alterar o material, alterar a sua

geometria nos pontos críticos, ou seja, onde as tensões são maiores ou reduzir o

carregamento.

Entretanto se a aplicação não for crítica, mas a peça durante sua utilização

estiver submetida a cargas que variem com o tempo e eventualmente possam

causar a fadiga do material, é necessário que seja feito uma nova análise para

verificar se a peça não falhará por fadiga.

No Design Simulation do Ansys é possível alterar o material da análise

colocando um outro existente na livraria ou criar um novo material e também verificar

a resistência á fadiga de materiais.

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Exemplo 2 – Analise de um Conjunto de Peças: A análise de conjuntos de peças montadas se

diferencia da análise de apenas uma peça por

necessitar de definição de contato entre as peças e

consequentemente da interação entre estas peças do

conjunto.

As peças do conjunto podem ser de materiais

diferentes que o Ansys irá simular o comportamento

interativo de cada material.

Os contatos entre as peças são aplicados

automaticamente entre as faces das peças, como se

as peças estivessem coladas (Bonded) se a

proximidade entre as peças for menor que um valor

predefinido. Entretanto o tipo de contato pode ser

alterado a qualquer tempo pelo analista. Vide figura

abaixo.

As definições de contato estão

em detalhes da árvore quando se

seleciona Contact.

Um conjunto de peças ao ser transferido

para o ambiente de simulação leva o nome de

cada uma das peças que fazem parte do

conjunto, podendo então serem identificadas

facilmente para que possam receber a

especificação dos materiais com os quais serão

construídos.

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

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Ao selecionar uma peça do conjunto na árvore, o painel de detalhes da árvore

mostrará informações relativas àquela peça em especial, entre estas informações

está a especificação do material, clicando sobre o campo do material se pode alterar

o material.

Clicando em Browse aparece uma janela de diálogo que mostra os materiais

existentes na biblioteca do Ansys para realizar a troca. Nos programas associativos

o material pode ser importado e aplicado automaticamente a cada uma das peças.

Neste exemplo de conjunto de peças, um pistão tem um pino encaixado na

bucha de bronze de uma biela e também nesta, dois casquilhos de bronze onde

deverá estar o virabrequim. Supondo que uma determinada carga seja aplicada

sobre a superfície do pistão devido a explosão na câmara de combustão de um

motor. Quais seriam os pontos com as maiores tensões no conjunto?

Para analisar a condição citada é necessário colocar as condições de

contorno mais próximas possíveis da realidade. Neste exemplo foi colocada uma

força de 10kN (Force) sobre o pistão, apoio fixo (Fixed Support) em um dos

casquilhos e um apoio sem atrito (Frictionless Support) na superfície externa do

pistão. Obs.: a temperatura de análise é 22 °C. Vide figura abaixo mostrando as

condições de contorno.

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

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Note que a temperatura da análise é irreal, pois uma câmara de combustão

de motor é superior aos 22 °C, mas para este exemplo desprezou-se esta condição.

Antecipadamente, se pode definir o tipo de análise como “Stress Branch –

Ductile Material no Simulation Wizard”, ou seja, análise para materiais dúcteis

(macios) e formar a malha (Mesh) clicando sobre Mesh com botão direito do mouse

e depois em Preview Mesh (Prévia da Malha). Vide figura abaixo.

Após a geração da malha (Discretização) basta clicar no raio amarelo ou com

botão em Solve para iniciar a análise. Vide figura abaixo.

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Ao clicar em Solve o Ansys inicia a análise e mostra em uma janela o status

da análise que possui diversas etapas entre elas a preparação, resolução e

atualização gráfica dos resultados. Vide figura anterior.

Ao encerar a análise se podem ver na janela gráfica os resultados clicando

em cada uma das soluções.

Na figura ao lado é mostrado

o resultado das tensões von Mises,

mas os maiores valores estão

ocultos pelo pistão, esta

visualização mostra o exterior com

cores suavizadas e também o

modelo indeformado. É obvio que

com esta visualização não se pode

saber onde exatamente ocorrem as

maiores tensões.

Ocultando o pistão na

visualização é possível ver que a

região de grande tensão na peça

ocorre entre o pino e a bucha,

conforme mostrado na figura

abaixo, para isto clica-se com

botão direito do mouse sobre a

peça desejada e depois em Hide

Body.

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

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Outra alternativa para a

visualização é trocar de exterior para

IsoSurfaces na barra de ferramentas de

contexto, para se ter a visualização da

região. Vide figura ao lado.

Na figura ao lado, se pode

ver que as tensões de

cizalhamento ocorrem na mesma

região.

Ao lado se vê a deformação

exagerada que ocorre nas peças

em função da carga e rigidez do

material.

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Na figura ao lado, se pode ver que o

fator de segurança, para o critério von Mises,

do conjunto de peças é menor quando a

tensão é maior.

Clicando em Report Preview na janela gráfica aparecerão alguns campos que

devem ser preenchidos e são mostrados na figura abaixo. Se forem inseridas figuras

para mostrar cada uma das imagens da análise seja geometria, malha, condições de

contorno ou soluções elas serão mostradas no relatório. Clicando em Generate

Report se tem a geração do Relatório. É possível quebrar a página antes de inserir

uma figura e também exportar o arquivo para Microsoft Word e Power Point.