Validação de protótipos digitais


A simulação numérica CAE, também conhecida como Engenharia Assistida por Computador, é ferramenta presente nos principais ramos de exigência da indústria. Ela fornece a equipe de engenharia dados que auxiliam o desenvolvimento e otimização de equipamentos e projetos. A simulação numérica permite analisar diversas físicas, como Estrutural, Fluidodinâmica e Eletromagnética, bem como realizar estudos envolvendo duas ou mais físicas. Porém, para garantir a qualidade da análise, a validação dos métodos e dos resultados obtidos pode-se fazer necessária em alguns casos; enquanto que determinados problemas já possuem validação reconhecida na engenharia.

O que é Validação de Protótipos Digitais?
Validação se define como o processo que determina o quão preciso e com acurácia é o modelo computacional em relação ao modelo físico no mundo real.
Antes de abordar diretamente a validação é bom identificar a etapa que ela se encaixa no ciclo de vida em um determinado projeto. Então, para entender a importância da validação do modelo no ciclo de desenvolvimento de um projeto/produto, recomendo a leitura do artigo “Etapas do Ciclo de Vida de um Projeto”.

A validação de protótipos digitais pode ser realizada desde a etapa inicial do ciclo de desenvolvimento de um projeto ou, como algumas empresas já estão utilizando, para validar protótipos de modelos que já existem nos catálogos. A obtenção de bons resultados desses produtos significa que as considerações feitas no modelo virtual representam bem o comportamento do dispositivo real, garantindo confiança e precisão para futuras análises.

Veja abaixo alguns casos escolhidos para exemplificar os conceitos abordados.

I. Estudo de um freio automotivo – FEA

Modelo de um freio automotivo

Modelo de um freio automotivo

O exemplo acima é um estudo estrutural que contempla uma análise estática e uma modal. O foco deste estudo são as frequências obtidas e a situação do contato das pastilhas com o disco. Como resposta, foram obtidas as frequências naturais do componente e elas foram comparadas com as frequências adquiridas experimentalmente.

Análise de um sistema de freio automotivo realizada com ferramentas CAE

Análise de um sistema de freio automotivo realizada com ferramentas CAE

A diferença dos valores obtidos por simulação e dos obtidos experimentalmente é na ordem de 4%.

II. Estudo de um muffler – CFD

Análise de um muffler

Análise de um muffler

Este outro exemplo demonstra uma análise CFD (Fluidodinâmica Computacional) na qual a ênfase do estudo era a perda de pressão e redução no nível de ruído de um muffler. A análise CFD retornou resultados próximos aos obtidos previamente por métodos experimentais, como pode ser verificado na imagem acima.

Resultados comparativos entre uma análise CAE e real de um mufller

Resultados comparativos entre uma análise CAE e real de um mufller

III. Estudo de uma bomba – CFD

Estudo de uma bomba

Estudo de uma bomba

Esta última análise levanta a curva característica do modelo computacional de uma bomba centrífuga. Foram realizadas diversas análises, nas quais a vazão que passa pelo sistema foi variada para construção da curva. A tecnologia de simulação para máquinas rotativas já é consagrada e resultados com pequenas margens de erro são esperados.

Resultados comparativos entre uma análise CAE e real de uma bomba centrífuga

Resultados comparativos entre uma análise CAE e real de uma bomba centrífuga

Com estes exemplos e munido de literatura auxiliar, é esperado que o engenheiro responsável pela análise CAE entenda que, se a validação de seu projeto for uma necessidade, existem diversas formas de se obter a correta calibração. O objetivo não é entrar no detalhe de cada um destes estudos, mas sim, esclarecer a definição, importância e utilização comum da validação de protótipos digitais.

É importante deixar claro que o avanço das ferramentas CAE e sua utilização não têm o objetivo de eliminar a etapa de prototipagem dos projetos de engenharia. Pelo contrário, estas ferramentas visam munir a equipe com maiores informações para que o projeto, quando encaminhado para a prototipagem, esteja maduro e com maior garantia de que o desempenho esteja dentro do esperado, reduzindo os custos desnecessários com modelos intermediários.

Se tiver interesse em saber mais sobre simulação, recomendo que assista aos seguintes vídeos de autoria da ESSS:

Introdução à Simulação Estrutural
Introdução à Simulação Fluidodinâmica

validação de protótipos_pt


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