Motriz Empresa Júnior

Simulação Computacional

O que é? Para que serve?

A simulação computacional consiste na análise de um modelo que ajuda a fazer previsões do comportamento de um protótipo a ser analisado, seja este uma máquina, um objeto, um material, ou etc. Os softwares de simulação computacional oferecem informações valiosas para a fabricação de um protótipo de qualidade, já que analisam diferentes cenários e testam inúmeras soluções para um mesmo produto. Dessa forma, as ferramentas de simulação se tornam extremamente úteis para reduzir o tempo gasto pela equipe, ao diminuirem a quantidade de erros e, consequentemente, de protótipos produzidos. Isso possibilita que o produto seja lançado o mais rápido possível, com menores gastos e antecipando o retorno do investimento.

Tipos de simulação computacional e suas aplicações:

Na contemporaneidade, os rápidos e constantes avanços tecnológicos possibilitam ao ser humano estudar e compreender os eventos naturais de forma cada vez mais complexa, assim como suas causas e consequências. Dessa forma, validar modelos matemáticos se tornou cada vez mais necessário para que as chances de erro em algum tipo de experimento ou construção diminuíssem drasticamente.

A partir disso, diversos programas de simulação computacional passaram a executar diferentes tipos de análises, possibilitando estudos muito mais avançados dentro do campo da engenharia. A priori serão abordados cinco principais tipos de simulação no tópico em questão: Simulação CDF, Análise Estática, Dinâmica, Comparativa e Térmica.

Computational Fluid Dynamics (CDF de forma simplificada) é a representação de modelos matemáticos que descrevem processos físicos de fluidos em escoamento. Sua aplicabilidade é muito ampla em diversas áreas do conhecimento, sendo algumas delas: planejamento e gestão de recursos hídricos, indústria de petróleo, previsão do tempo, aerodinâmica de veículos, refrigeração de reatores nucleares, entre muitas outras.

Nos casos de análise estática e dinâmica utiliza-se o método dos elementos finitos. Este é um procedimento numérico para determinar soluções aproximadas de problemas de valores sobre contorno de equações diferenciais, ou seja, são simulações para realizar previsões, analisando se um produto foi bem dimensionado a partir do seu modelo. Sua principal aplicabilidade é na área estrutural de corpos rígidos. Em análise estática o objetivo é estudar qual será o comportamento de determinado material de estudo sob o efeito de cargas aplicadas em sua estrutura.

A análise dinâmica, por sua vez, consiste na avaliação de respostas estruturais em situações de variações de tempo que causem efeitos inerciais que não podem ser desconsiderados. Além disso, a análise dinâmica de estruturas está intimamente relacionada com a equação da onda, que exige altos níveis de robustez e flexibilidade, portanto o método dos elementos finitos faz-se necessário para tal estudo.

As análises comparativas descrevem comparações de malhas entre o teórico e o experimental, ou seja, um esboço de determinada peça é feita em modelagem 3D (malha de referência) e a peça depois de pronta é escaneada (malha reconstruída) com o objetivo de avaliar os processos de medição. Suas principais aplicações são para a área de metrologia e controle de qualidade.

Por fim, a análise térmica abrange um grupo de técnicas nas quais uma propriedade física ou química de uma substância, ou de seus produtos de reação, é monitorada em função do tempo enquanto a temperatura da amostra, sob uma atmosfera específica, é submetida a uma taxa de variação controlada.

Dores no mercado de simulação computacional:

  • Falta de mão de obra especializada: o mercado de simulação computacional é um ramo emergente que, apesar de estar cada vez mais integrado à setores da tecnologia, conta com uma demanda de mão de obra que entenda não só sobre o manuseio correto dos programas envolvidos, como também sobre quais deles se adequam mais para solucionar o problema específico de cada demanda. Além disso, para realizar uma simulação completa e apresentar a solução ideal do problema em questão, são necessárias habilidades específicas, as quais são encontradas em poucos profissionais e empresas atuantes no mercado.
  • Capacidade computacional: são poucas as empresas do mercado que contam com a tecnologia computacional necessária para manusear programas e realizar uma boa simulação computacional. Por ser uma habilidade relativamente recente para o mundo das indústrias, contar com uma tecnologia avançada e atualizada é essencial para não perder as novidades oferecidas pelos programas, que possam aperfeiçoar ainda mais um produto por meio das simulações.

Com base nisso, a Motriz busca sempre utilizar das tecnologias oferecidas pela Unicamp e do conhecimento dos integrantes da empresa para realizar uma boa simulação dos projetos mecânicos, que possa testá-los e melhorá-los para que sejam postos em prática do melhor jeito possível.

Onde a motriz aplica?

Dentro da Motriz, a simulação computacional tem papel crucial, afinal é ela que define muitas de nossas decisões e permite a entrega de projetos de qualidade. Em nossos projetos mecânicos, a simulação computacional é muito aplicada nas etapas de planejamento, pois ela é essencial para a análise da viabilidade de confeccionar o mesmo.

A primeira etapa pela qual a simulação computacional se mostra útil é a “Definição de parâmetros e condições de contorno”, sendo esta uma análise prévia de como a estrutura se comporta perante certos parâmetros definidos. Tal análise serve para confirmar se a estrutura em questão pode seguir para outras avaliações.

Em seguida, existe a etapa de “Análise de Geometria”, que é a etapa inicial do projeto, na qual a equipe fará a transformação do modelo CAD para o modelo CAE com possíveis adaptações em áreas/fases da estrutura que visam uma melhoria no desempenho da simulação. Além disso, nesta etapa, é realizada a configuração de elementos de contato e a elaboração da malha com refinamento em regiões mais sensíveis.

Outras avaliações que exigem a simulação computacional são as análises estática, dinâmica e térmica. Essas análises possibilitam um estudo sobre como o protótipo vai lidar com efeitos de cargas aplicados à sua estrutura, com influências sobre alterações de tempo, com a influência da temperatura em cada componente do mesmo, e outras circunstâncias. Dessa forma, são identificados os limites do protótipo e seus possíveis danos decorrentes da fragilização em certos locais, vibrações não desejadas e etc., e pode então ser realizada a otimização de sua geometria.

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