ANÁLISE ESTRUTURAL COM O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

    O programa Ansys Workbench é um dos vários programas de análises pelo método de elementos finitos existentes no mundo. Outros programas, por exemplo, são: Abaqus, COMSOL,  MSC Adams, MD Nastran Desktop, Adina, Lisa, etc.

    O Ansys Workbench se enquadra na categoria de programas de Engenharia Auxiliada por Computador (CAE), Computer Aided Engineering e tem a finalidade de auxiliar o engenheiro nas decisões de algumas das etapas do desenvolvimento de projeto, em particular para o dimensionamento e a validação de projetos.

    De maneira geral os programas de CAE permitem:

•  A redução do custo e tempo necessário no processo de desenvolvimento do projeto, pois é acelerado pela rapidez de análise;

•  A otimização coerente da peça ou conjunto antes da sua fabricação reduzindo os custos associados ao material, á manufatura e final;

•  A redução da probabilidade de falha dos componentes, pois uma eventual falha pode ser percebida antes de sua execução;

•  Entre várias outras vantagens.

    O programa Ansys Workbench mostra os resultados graficamente na tela permitindo identificação visual da geometria e resultados facilitando a interpretação do que está ocorrendo na peça ou conjunto. Vide figura 2.1.1.

Figura 2.1.1: Objeto analisado quanto a sua resistência mecânica ás tensões causadas pelo carregamento.

    No processo de desenvolvimento de projetos vários estágios ou etapas são necessárias até que se tenha o produto com o cliente de uma empresa, por exemplo, planejamento do produto, projeto conceitual, configuração do produto, detalhamento, etc. Nestes estágios de desenvolvimento citados que são os estágios iniciais, conforme mostra o gráfico a seguir permitem grande possibilidade de redução do custo, menor custo para introdução de mudanças e menor custo de desenvolvimento. Em resumo, nos estágios iniciais de desenvolvimento têm-se um baixo custo e alto benefício e isto, principalmente, entre outros motivos, justificam um maior investimento em softwares de análise para auxiliar nos projetos.

Figura 2.1.2: Custos e benefícios e diferentes estágios do processo de desenvolvimento de projetos.

Fonte: Booz-Allen & Hamilton Inc., 1982 apud Baxter, 1998.

    Percebe-se, pelo gráfico a seguir, que embora o custo do projeto seja o menor dentre os quatro fatores abrangidos na avaliação dos custos de manufatura, sua influência é predominante sobre estes custos. Com a utilização de recursos computacionais no projeto técnico, atua-se exatamente onde a possibilidade de redução dos custos é maior, e o custo de desenvolvimento é menor e tem grande influência nos custos da manufatura.

Figura 2.1.3: Gráfico da influência do projeto sobre a manufatura.

Fonte: Ford Motor Company apud Silveira, 1998.

    Segundo a empresa MSC Software (2012), os programas de análise permitem com precisão e confiabilidade prever como os produtos vão se comportar no mundo real para ajudar os engenheiros a projetar produtos melhores e mais inovadores - de forma rápida e econômica. As empresas são capazes de eliminar testes físicos lentos e caros, criando e testando protótipos "virtuais" que podem ser avaliados de forma rápida para o desempenho em qualquer ambiente ou das condições para alcançar vantagem competitiva duradoura.

    Segundo a empresa ANSYS (2013), o Software de simulação permite que as organizações de prevejam com segurança como seus produtos irão funcionar no mundo real.

    Segundo a fabricante de motocicletas e automóveis Bayerische Motoren Werke (BMW) citada por Howaniec (2006), o custo de simulações utilizando-se CAE tem reduzido com o tempo desde 1960, com tendência a continuar se reduzindo, enquanto que há um aumento exponencial no número de simulações e significativa tendência de aumento nos custos de construção física de protótipos, o que comprova vantagens na utilização de recursos computacionais em projetos.

    Conforme dados levantados pela Daratech citada por Howaniec (2006), todas as quatro maiores empresas fabricantes de programas de CAE, a saber, MSC.Software, Ansys, Dassault Systems e UGS (Unigraphics) apresentaram crescimento nas vendas entre 2005 e 2006, indicando certamente maior utilização deste tipo de recurso computacional.

    Nas diversas modalidades da engenharia a utilização de computadores vem aumentando trazendo diversos benefícios através da utilização de programas de computador que auxiliam os técnicos, desenhistas, projetistas e engenheiros em suas tarefas, possibilitando a automatização de procedimentos e processos de seu cotidiano. Exemplos de utilização destes programas de computadores na engenharia encontram-se com facilidade em diversas áreas, por exemplo, automobilística, aeroespacial, arquitetura, etc. (SCHEIDT, 2004) como mostram as ilustrações que seguem adiante.

    Na Figura 2.4 se vê vários componentes de um compressor de ar que foram analisados pelo método de elementos finitos.

Figura 2.1.4: Exemplo de utilização de recursos computacionais em projeto mecânico industrial.

Fonte: PUFF, 2006.

    Atualmente utilizam-se recursos computacionais para realizar simulações de colisões como meio de melhoria ou validação de projeto automobilístico quanto a segurança veicular de seus ocupantes e integridade estrutural, como mostrado na Figura 2.5.

 Figura 2.1.5: Exemplo de utilização de recursos computacionais em projeto automobilístico.

Fonte: FILHO, 2006

    Segundo a ANSYS Corporation os softwares de simulação podem auxiliar as empresas a diminuírem os custos de desenvolvimento, encurtar o tempo para introduzir novos produtos no mercado, otimizar o performance e segurança de produtos e ganhar vantagens competitivas no mercado.

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