Simulação integrada ao software CAD: Inércia em perfis

 

Por Guilherme Kastner,
Engenheiro de Aplicações na SKA

 

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.

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