O que é a simulação FSI (interação fluido-estrutura) e como ela funciona no SOLIDWORKS?

A simulação FSI (Fluid-Structure Interaction ou Interação Fluido-Estrutura) consiste na análise do comportamento conjunto entre um fluido em movimento e uma estrutura sólida que pode ser afetada por esse escoamento.

Neste tipo de simulação é utilizada uma combinação do Método dos Elementos Finitos (MEF ou FEA) com a simulação CFD (Computacional Fluid Dynamics).

Essa interação está presente em diversos cenários da engenharia, como:

• No desenvolvimento de equipamentos industriais;
• No escoamento de um fluido refrigerante em um trocador de calor;
• Em estruturas civis;
• Em pontes submetidas à ação do vento;
• Etc.

Siga a leitura para saber mais!

Principais aplicações da simulação FSI (interação fluido-estrutura)

A análise FSI é essencial para os engenheiros, pois permite compreender como o escoamento influencia mecanicamente a estrutura do modelo.

Quando um fluido, como o ar, se move com certa velocidade sobre uma superfície, ele exerce uma pressão sobre ela.

Essa pressão pode gerar tensões e deformações na estrutura que, se não forem corretamente consideradas no projeto, podem levar a falhas estruturais, vibrações indesejadas ou até colapsos.

Portanto, a simulação FSI é uma ferramenta fundamental para garantir a segurança, desempenho e confiabilidade de sistemas que envolvem a interação entre fluidos e estruturas.

Vantagens da simulação FSI (interação fluido-estrutura)

• Previsibilidade do comportamento da estrutura analisada;
• Redução de custos por conta de poder testar diversos cenários diferentes;
• Redução de tempo de desenvolvimento;
• Melhora na eficiência e segurança dos projetos.

Estudo de caso: ponte sofrendo influência do vento

Para essa publicação, confira a seguir o exemplo de uma estrutura de ponte que exemplifica na prática uma análise/simulação FSI (interação fluido-estrutura).

A ponte exemplificada possui cerca de 30 metros e está sendo submetida uma carga de vento com uma velocidade de 20 m/s (ou 72 km/h).

Neste caso, o primeiro passo é definir o estudo CFD, onde temos a ponte e um fluxo de vento com velocidade de 20m/s na direção Z do modelo, com o seguinte resultado de velocidade:

Junto às plotagens de velocidade, também é possível gerar os resultados de pressão nas vigas do modelo (conforme figura 2).

Quando levarmos essas informações para dentro da parte estrutural do modelo (no Solidworks Simulation), essa pressão será convertida em uma força e, por consequência, disponibilizará os resultados de tensão no modelo.

Após a obtenção dos resultados da análise CFD, chega o momento de importar esses valores de pressão para a análise FEA, para obtermos os valores de tensão no modelo (Figura 3).

SOLIDWORKS Flow Simulation e SOLIDWORKS Simulation são aliados na simulação FSI (interação fluido-estrutura)  

As soluções utilizadas no exemplo acima se tratam, respectivamente, do SOLIDWORKS Flow Simulation e do SOLIDWORKS Simulation para a aplicação das análises, onde ambos são suplementos do SOLIDWORKS CAD 3D.

O SOLIDWORKS Simulation é uma ferramenta indicada para análise estrutural baseada em elementos finitos (FEA), que permite avaliar tensões, deformações, deslocamentos e segurança de peças e montagens submetidas a cargas mecânicas e térmicas.

Além disso, é uma solução ideal para verificar se um projeto é resistente e seguro antes da fabricação.

Já o SOLIDWORKS Flow Simulation é uma ferramenta de dinâmica dos fluidos (CFD) que simula o comportamento de líquidos e gases em contato com superfícies sólidas, analisando escoamento, pressão, temperatura e troca de calor.

Ele é muito útil para projetos que envolvem ventilação, refrigeração, aerodinâmica e fluxo interno ou externo de fluidos.

SKA é referência no fornecimento de soluções para simulação FSI

Conseguiu entender como a simulação FSI é indispensável para compreender o escoamento de um fluido e sua influência na parte estrutural de um modelo físico?

Ficou interessado em aplicar esse processo de simulação na sua engenharia? Nós podemos te auxiliar!

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*Texto original escrito por Luís Eduardo Borba da Luz, Técnico em Mecânica e Suporte CAE na SKA, e adaptado por Laís Mello Pontim, Jornalista na SKA.