solidworks x.pdf análise de tensões

8/7/2019 SolidWorks X.pdf análise de tensões

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Introdução ao SolidWorks (X): Análise de Tensões

de Peças - Simulat ionXpress

João Manuel R. S. TavaresJoaquim Oliveira Fonseca



@2009 JST/JOF CFAC: Introdução ao SolidWorks (X): Análise de Tensões de Peças - SimulationXpress 2

O SolidWorks SimulationXpress é um software de análise estrutural totalmente integrado noSolidWorks .

O SolidWorks SimulationXpress faz testes de

simulação do funcionamento do componente.Permitindo responder a questões tais como: éresistente, é eficiente, e o seu desenho éeconómico?

O SolidWorks SimulationXpress é utilizado porestudantes, projectistas, engenheiros e outrosprofissionais para realizar peças eficientes e

económicas.

Análise por SolidWorks SimulationXpress




Ciclo Tradicional de Design

Utiliza-se o SolidWorks para criar

um modelo; Produz-se um protótipo;

Realizam-se testes do protótipo

em várias condições de carga.Em alguns casos é necessária aaplicação de sistemas de leiturade resultados nestes testes.

Com base nos resultados,efectuam-se alterações nomodelo, constrói-se um novoprotótipo, e vai-se verificando atéque este satisfaça os requisitos.

SolidWorks

Protótipo

Teste

Satisfaz?

Produção

Não

Sim




Análise Computacional de Peças

Os ciclos de desenvolvimento são caros e longos;

A análise computacional permite reduzir onúmero de ciclos de desenvolvimento;

A análise reduz o custo por teste, uma vez quepermite aproximar o modelo, usando cálculos decomputador, diminuindo o número de ensaios;

A análise reduz o tempo de entrada no mercado; A análise ajuda a optimizar o design simulando

rapidamente muitos conceitos e cenários antesda tomada de uma decisão final.




Análise por Elementos Finitos

Soluções analíticas só estão disponíveis para

problemas simples. Estas soluções fazem algumassimplificações e podem não prever alguns casospráticos;

O SolidWorks SimulationXpress utiliza o Finite

Element Method (FEM).A análise que usa o FEM é chamada de Finite Element Analysis (FEA) ou Design Analysis ;

FEA é um programa muito utilizado. Permite resolver

problemas simples ou complicados; FEA é uma aplicação de computacional bem

sucedida sendo um método de análise preferido.




Conceito geral de Design Analysis

O método FEM substitui um problema complexo porum conjunto de problemas simples. Divide o modeloem muitas peças pequenas (por exemplo, tetraedros)de formas simples, chamados elementos.

Modelo CAD Modelo CAD Model dividido num númerofinito de partes





Os elementos utilizam pontos(comuns a vários) chamadosnós. O comportamento desteselementos é bem conhecido

em vários casos de carga; Os deslocamentos de cada nó

nas direcções X, Y, e Z étotalmente descrito. Estes

designam-se por graus deliberdade (DOF - degrees of freedom ). Cada nó tem 3DOF.

Nodes

Tetrahedral Element

(Nós)

(Elemento Tetraédrico)




O SolidWorks SimulationXpress estabelece asequações que controlam o comportamento de cadaelemento tendo em conta as interacções com osoutros elementos;

Estas equações relacionam as incógnitas, porexemplo deslocamentos, na análise das tensões,tendo em conta as propriedades do material, ligaçõesao exterior e carregamentos;

De seguida o programa cria um sistema de equaçõescom base nestes parâmetros. Poderão existircentenas, milhares ou milhões de equações.





Na análise estática, a resolução do

sistema de equações determina osdeslocamentos nas direcções X, Y, e Zde cada nó;

Após o cálculo dos deslocamentos em

cada nó, o programa vai calcular asdeformações nas várias direcções. Adeformação é a variação de comprimentoa dividir pelo comprimento original;

Finalmente o programa utiliza asequações estabelecidas para determinaras deformações e as tensões.


(Deformação)

δL

L

Strain = (δL)/L

F



Análise Estática de Tensões

Este é o tipo mais comum de análise. Assume umcomportamento linear do material e despreza asforças de inércia. É considerado que, retirando ocarregamento, o sólido retoma a sua forma original;

Calcula deslocamentos, deformações, tensões ereacções na ligação ao exterior;

O material entra em colapso quando as tensõesultrapassam um determinado valor. Materiais

diferentes entram em colapso a valores diferentes.Com a análise estática, pode-se controlar o colapsode muitos materiais.

@2009 JST/JOF CFAC: Introdução ao SolidWorks (X): Análise de Tensões de Peças -SimulationXpress 10



Análise Estática de Tensões

Quando uma carga é aplicada aum corpo, este tenta absorveresse efeito através da geração deforças internas de forma a que oseu efeito seja passado a outros

pontos; O efeito destas forças designam-

se por tensões (stress ). Tensão éa força por unidade de superfície;

A tensão num ponto é aintensidade da força numapequena área em volta desseponto.


F

∆A

σ

P

P

σ = lim F/∆A∆A 0




Tensor tensão

Um tensor tensão descreve a distribuição de tensões e

esforços internos nos meios contínuos. Um tensor detensão é totalmente caracterizado pelas seis componentes:

SX: Tensão Normal na direcção – X

SY: Tensão Normal na direcção – Y

SZ: Tensão Normal na direcção – Z

TXY: Tensão de Corte na

direcção - Y no plano YZ

TXZ: Tensão de Corte na direcção - Z no plano YZ

TYZ: Tensão de Corte na direcção - Z no plano XZ

Uma tensão positiva indica tracção e negativa indica compressão.




Tensões Principais

As tensões de cortedesaparecem em algumasdirecções. As tensõesnormais a estas direcções

designam-se por tensõesprincipais:

P1: Tensão normal na primeiradirecção principal (maior);

P2: Tensão normal na segundadirecção principal (intermédia);

P3: Tensão normal na terceiradirecção principal (menor).

.

1

2

3

X

Y

Z

o

P2

P3

P1

Axes 1,2, and 3 are called principal

directions and the normal stresses

P1, P2, and P3 are called principalstresses.

Eixos 1, 2 e 3, são chamadosde direcções principais e astensões P1, P2 e P3 sãochamadas de tensõesprincipais



Tensão de Von Mises

A tensão de Von Mises é um escalar positivo que

descreve o estado de tensão; Muitos materiais têm colapso quando a tensão de

Von Mises ultrapassa um determinado valor. A tensão de Von Mises é definida em termos das

tensões normais e de corte:

Em termos das tensões principais, a tensão de Von Mises é dada por:


2 2 2( 1 2 )( 2 3) ( 3 1)

2vonmises

P P P P P Pσ

− + − + −=

2 2 2 2 2 2( ) ( ) ( ) 6 ( )

2vonmises

SX SY SX SZ SY SZ TXY TXZ TYZ σ

− + − + − + + +=



Passos para a realização da Análise

1. Associar o material (De que é feito a peça?);

2. Especificar ligações (Que faces são fixas e nãovão ter qualquer deslocamento?);

3. Aplicar carregamento (Quais são as forças epressões que actuam sobre esta peça?);

4. Calcular as equações da análise;

5. Ver resultados (Qual é o factor de segurança?Quais são as deslocações e tensões resultantes?).




Tipos de Análise adicionais

O SolidWorks SimulationXpress realiza a análise

linear estática de tensão em peças. Outrasferramentas de software , permite meios adicionaisde análise de peças e conjuntos;

O SolidWorks Simulation permite:

Análise Linear Estática de tensões em conjuntos; Análise não Linear Estática; Análise à Encurvadura; Análise com Cargas Cíclicas; Análise sobre Acções Térmicas;

Análise de Optimização; Análise Dinâmica; Análise de Fadiga; Análise ao Impacto.





O SolidWorks SimulationXpress : Exemplo do Tutorial do

SWK.

Ex. Análise SolidWorks SimulationXpress

1. Peça a estudar;2. Pode haver necessidade

de quebrar superfíciespara definir ligações aoexterior oucarregamentos;

3. Definir o material:

Superfície fixa Força Verticalde 4000N




1. Na FeatureManager tree , sobre o nome do

documento, botão direito do rato e seleccionarDocument Properties ;Aparece a caixa de diálogo Document Properties .

2. Clicar em Units ;

3. No quadro Unit system , seleccionar MKS (meter,kilogram, second );

4. Validar OK .





1. Seleccionar Edit Material na Standard toolbar .Aparece a caixa de diálogo Material Editor ;

2. Criar uma nova base de dados de material:a. Botão direito na área da

esquerda e New Library . Aparece

Aparece a caixa de diálogo Save As ;b. Escrever o nome para a nova base de dados de

material, por exemplo, MeuMaterial e fazer Save .3. Criar uma nova categoria de material:

a. Botão direito na área esquerda e New Category ;b. Escrever o nome para o material,

por exemplo, MaterialAço .





4. Criar um novo material usando Alloy Steel por

base: Abrir SolidWorks Materials , clicar no sinal + e

Steel botão direito em Alloy Steel e Copy ;

Botão direito na nova categoria acabada decriar e Paste; Botão direito na cópia de Alloy Steel,

seleccionar Rename e escrever o novo nome,

por exemplo, Aço1.





5. Para modificar as propriedades do material,em Properties , clique-pausa-clique no valorde cada propriedade e escrever os valores: Elastic modulus : 1.2e11;

Poisson's ratio : 0.3; Density : 7500; Yield strength : 5e8;

6. Clicar Save , Apply , e depois Close .O Aço1 é associado à peça.





1. Seleccionar o botão SimulationXpress Analysis ou

menu Tools , SimulationXpress ;


2. Clicar Options .Aparece o ecrã;

3. Fixar o System of units para SI;

4. Clicar empara definir apasta para osresultados;

5. Activar Show annotation ;

6. Clicar Next ;





1. Verificar se o material da peça

é o pretendido;2. Clicar Next ;

3. Alterar o nome FixedLargeHole na árvore na caixa de diálogo;

4. Na área gráfica, seleccionar ofuro largo;Aparece Face<1> na caixa de diálogo.

5. Clicar Next ; Verificar se aparece

FixedLargeHole e ;6. Clicar Next ;



Aplicar um carregamento:



1. Clicar Next ;

2. Seleccionar Force e clicar Next ;

3. Definir o nome ForçaVertical na

caixa de diálogo;4. Seleccionar a face a colocar acarga;

5. Clicar Next ;

6. Escolher normal to reference plane ;

7. Escolher o Top ;Aparece o plano TOP na caixa de diálogo.





8. Escrever 4000 para valor da

força e clicar Next ;Aparece ForçaVertical na caixade diálogo e o em Load ;

9. Clicar Next ;

(Aparece a caixa de diálogo Analyse .)





10.Clicar Yes (recommended)

para aceitar a geração demalha definida por omissão.Clicar Next ;

11.Clicar Run ;

Quando o cálculo está realizadoaparece em Analyse .Aparece caixa de diálogo Results .

Enquanto faz cálculos



Aparece na caixa de diálogo FOS (menor factor de

segurança relativo à tensão de cedência) de 6.49443.



Se alterar FOS para 1 eclicar Show me . Aparecema vermelho as zonas que

apresentam FOS < 1.




Para alterar a peça, fazer Close paravoltar ao editor normal.

Actualizar a simulação:

1. Seleccionar o botão SimulationXpress

Analysis ;2. Clicar em Update.

O passa a .




Realizar uma eDrawings para análise dos

resultados:



5. Clicar Close ;

6. Clicar Yes para guardar osdados.

Pode-se optarpor outras saídas



Visualização da animação dos deslocamentos:



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