Workbench: Recursos Simples e Poderosos

ARTIGO TÉCNICO
Workbench: Recursos Simples e Poderosos
Recursos especiais para que a simulação seja espelho fiel do fenômeno de interesse
A
engenharia é farta de
problemas cuja complexidade
exige estratégia e o uso de
recursos especiais para que a simulação
seja espelho fiel do fenômeno de interesse.
Tomemos um exemplo. O modelo ao lado,
uma roda de aço, composta de um aro
externo e um disco, interno, montados por
interferência (entre 0.2 a 1.0mm) e com
pelo menos quatro cordões de solda
(Fig.1) garantindo a união dos componentes. Uma maneira eficaz de
solucionar este tipo de problema é através
do uso de contatos não lineares (ROUGH
ou FRICTIONAL). O contato obrigará os
nós da interface comum a se deslocarem,
no valor da interferência, em proporções
que dependerão, nó a nó, da rigidez local
dos componentes envolvidos.
Quando isto acontecer, os nós
pertinentes à solda irão oferecer uma
resistência considerável, pois o cordão é
ligado a ambos os componentes (aro e
disco) através de contatos lineares, do tipo
“BONDED”, o que sugere, obviamente,
que a solda não deveria estar ali, na
ocasião da simulação da interferência, o
que é a mais absoluta verdade, pois os
cordões de solda são introduzidos depois
que as duas superfícies já se acomodaram.
Para anular o efeito dos elementos dos
cordões no primeiro “LOAD STEP”
(PRESSFIT) temos à nossa disposição os
seguintes recursos:
1. O uso do recurso BIRTH AND DEATH
2. Mudança nas propriedades do material da solda
3. Definição de um estado inicial de tensões
BIRTH AND DEATH
Os elementos não nascem (ou morrem)
como o nome explicitamente sugere. Eles
são enfraquecidos, apenas. O ANSYS
simplesmente atribui uma rigidez muito
baixa (da ordem de 1e-6, podendo ser
alterado) aos elementos escolhidos pra
morrer, digamos assim. A matriz de massa
também é atualizada, do contrário teríamos
uma singularidade na presença de
acelerações, em problemas dinâmicos. A
solda, portanto, voltando ao problema
acima, é modelada desde o início. A nossa
função é, através de alguns comandos,
apontar o momento em que ela entrará em
ação. No ambiente de simulação do
WORKBENCH, teremos dois comandos,
que, neste caso, nomeamos de KILLING e
ALIVING.
WELDING (Fig. 2) é o nome do grupo que
contém os elementos da solda (NAMED
SELECTION). Cada comando inserido possui
uma janela anexa (Fig. 2), na qual podemos
definir em que LOAD STEP determinados
comandos terão efeito.
NROPT,FULL
EKILL,WELDING
EALIVE,WELDING
Fig. 2
Fig. 1 - Roda Automotiva
A idéia é desabilitar os elementos da
solda no primeiro LOAD STEP (comando
EKILL) e habilitá-los no segundo (comando EALIVE).
É possível habilitar e desabilitar
elementos de maneira automática, com
base em resultados de simulação. É típico
o exemplo do sólido aquecido cujos
elementos são retirados quando os
mesmos ultrapassam o ponto de fusão do
material, pois, a partir deste ponto, o
material fundido não oferece mais
resistência mecânica.
Mudança nas propriedades de material
De maneira semelhante à anterior,
através do seguinte comando:
MPCHG, MAT, ELEM
MAT é o número do material que se
deseja atribuir e ELEM é o número do
elemento que se deseja atribuir a
propriedade. Recomenda-se selecionar os
elementos de interesse (comando ESEL),
utilizando ALL no campo ELEM.
O uso deste recurso pode ser muito útil
quando há o interesse em preservar a história de deformações nodais dos componentes desativados.
Estado inicial de tensões
De todos os recursos, este é um dos mais
interessantes, pois é
aplicável a uma extensa
gama de problemas. A sugestão, neste
caso em particular, seria resolver o
problema da interferência, primeiramente, sem a solda, fazendo uso do
comando: INISTATE,WRITE,1, , , ,0
O comando INISTATE cria um arquivo
ASCii e nele escreve os tensores de
tensão para cada ponto de integração de
cada elemento que participa do modelo.
Para carregar o arquivo gerado, basta
inserir as seguintes linhas de código:
CAMINHO ='d:\'
INISTATE,READ,NomeArquivo,IST,CAMINHO
CAMINHO é uma variável alfanumérica que o usuário deve definir como o
endereço onde o ANSYS encontrará o
arquivo com os tensores, de extensão IST.
Não somente as tensões de
montagem podem ser consideradas
dessa forma, como também as tensões
residuais com origem no processo de
fabricação empregado. A estampagem
desta roda, por exemplo, poderia ser
simulada em um passo anterior e, desde
que a malha permaneça a mesma, este
estado de tensões remanescentes poderá
ser incluído nos estudos seguintes. É
importante lembrar que estes recursos
ainda não estão disponíveis na interface
WB de maneira direta, o que nos remete
aos comandos acima descritos.
Como, no caso do BIRTH AND
DEATH, vale ainda dizer, os elementos
não são retirados da matriz de rigidez nem
da matriz de massa, eles ainda estarão
sujeitos a problemas de mal condicionamento e a problemas com a matriz
jacobiana, na presença de excessiva
deformação. Uma das saídas, nestes
casos, pode estar na utilização da técnica
de remalhamento, ou REZONING, como
também é conhecida.
u  N iui
v  N i vi
 u   X
    
 u    X
  
    
Y   u 
   X 

Y   u 
 
   Y 
J
T
1 1
k   B EB dV    B T EB t J dd
11