Senhores,
Uma das cadeiras que mais gera receio em estudantes de engenharias é resistência dos materiais e suas derivações. Quando se fala em resistência dos materiais, muitos aspectos necessitam serem analisados para um cálculo de vigas e treliças:
- Geometrias das vigas
- Largura
- Espessura
- Perfil
- Materiais
- Carregamentos
Quando se fala de análise das tensões em vigas, uma das coisas mais complexas é uma série de análises quanto ao perfil do elemento estrutural analisado. Os seguintes itens são necessários:
- Cálculo de área
- Detecção do centro de massa da geometria
- Cálculo dos momentos de inércia
Todos os cálculos listados acima são sequenciais e mudam de complexidade conforme o tipo de perfil utilizado na estrutura. Algumas imagens abaixo demonstram a complexidade do cálculo dos dados de alguns perfis.
Matemática básica
Primeiro ponto, vem em reconhecer o tipo de perfil e as consequências dessa seleção.
Na imagem abaixo, vemos a identificação simples de um perfil para o cálculo do momento de inércia.
O problema é quando as peças começam a se tornar mais complexas, com múltiplas regiões e formas compondo uma região composta. O exemplo abaixo segue minha explicação desta situação:
Depois disso, surgem duas situaçãoes, analisar o centro de gravidade e através dele, descobrir os momentos de inércia. Abaixo uma tabela com o centro de gravidade de uma peça composta por múltiplas regiões.
O que pode ser estudado na imagem abaixo é a decomposição do perfil em múltiplas regiões e a transformação das informações em uma tabela. O principal objetivo neste momento era a obtenção do centro de gravidade.
Com a obtenção do centro de gravidade da geometria do perfil, se obtém o momento de inércia final, conforme obtido na imagem abaixo.
A importância do momento de inércia
O momento de inércia é uma das ferramentas para obtenção de forma analítica do cálculo de tensões e deformações das vigas. O problema que cada tipo de perfil demanda um processo mais longo e demorado para este tipo de cálculo.
Em softwares de simulação não integrados ao CAD, pode-se desenhar a estrutura em linhas e, posteriormente se associar os perfis a partir de uma biblioteca ou definir os momentos de inércia das linhas.
Nessa imagem contamos com o Ansys e a definição de perfil em linhas e ele calculará o momento de inércia automaticamente.
SolidWorks Simulation
Quando se fala em SolidWorks, o cenário para simulação por elemento de vigas, o elemento por linhas, se torna um pouco diferente.
A maneira mais fácil é utilizar os recursos de elementos estruturais e, ao final do processo, o SolidWorks monta automaticamente a estrutura da malha com base no elemento de simulação correto.
Junto a árvore de simulação, os usuários podem analisar todos os itens e averiguar que todas as propriedades determinadas pelo sistema são semelhantes ao que aprenderam nas aulas de Isostática, conforme a imagem abaixo, onde as conexões de cada viga e suas propriedades são definidas.
O principal detalhe fica para a determinação das propriedades das constantes da seção, onde os dados da inércia são obtidos automaticamente.
Objetivos
Uma das principais dificuldades de entender qualquer ferramenta de simulação, como o SolidWorks Simulation, é não entender de onde vieram os dados.
Com este post analisamos passo a passo como funciona a obtenção dos parâmetros utilizados em uma simulação e como o SolidWorks Simulation interage com a geometria CAD. Essa sinergia entre modelo e simulação resultou na obtenção automática dos dados importantes destacados no começo deste post.
Sds,
Kastner
O conteúdo e a opinião expressa neste artigo não representam a opinião do Grupo CIMM e são de responsabilidade do autor.
Colunista CIMM
Técnico de aplicações da SKA Automação de Engenharias desde setembro de 2004. Trabalhou com diversas Soluções Autodesk, SolidWorks. Nos últimos anos o trabalho tem sido focado na melhoria da comunicação das engenharias com os seus clientes dentro das corporações como a fábrica, administrativo e outros setores.
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