Aplicando técnica de submodelagem ao trenó de Natal


É tempo de Natal. Por isso, nós da ESSS queremos assegurar que o nosso bom velhinho possui um veículo seguro para realizar a entrega dos tão esperados presentes natalinos. Para isto, iremos simular o trenó de Natal, fazendo uso da técnica de submodelagem disponível na interface ANSYS Workbench, a qual permite reduzir o tempo de simulação sem sacrificar a acuracidade dos resultados.

A ideia básica é utilizar um modelo simplificado de todo o componente, negligenciando, em primeiro momento, o detalhamento em regiões localizadas de tal forma que a resposta global do sistema não seja afetada neste processo. Na etapa seguinte, faz-se uso de um modelo com um nível de refino maior na região de interesse do componente (submodelo) e aplica-se a esta região localizada as condições de contorno provenientes do modelo global, conforme ilustrado abaixo.

Submodelagem trenó

O primeiro passo consiste em simplificar a geometria original do trenó o máximo possível para reduzir o tempo de simulação. Sendo assim, optou-se por substituir os corpos das renas por elementos de viga e as cabeças por pontos de massa.

Submodelagem trenó

Associa-se a geometria do modelo simplificado a um bloco de simulação Static Structural.

Submodelagem trenó

Dentro do modelo simplificado, impõem-se as condições de carregamento e de contorno e extraem-se os resultados de tensão. Em função das regiões de maior solicitação, delimita-se a região do modelo simplificado que irá compor o submodelo.

Submodelagem trenó

Delimitada a região que compreende as maiores solicitações, gera-se o submodelo a partir da geometria original (modelo completo).

Submodelagem trenó

Uma boa prática é cortar longe da região localizada de interesse. Por exemplo, neste caso, a região de interesse compreende o cilindro responsável pela transição entre trenó e a rena. O quão longe desta região varia muito de modelo para modelo, mas a ideia básica é garantir que a tensão linearizada na fronteira seja igual à tensão linearizada na mesma posição do modelo global.

Submodelagem trenó

Associa-se a geometria do submodelo a um segundo bloco de simulação Static Structural e conectam-se ambos os sistemas, modelo simplificado e submodelo, conforme indicado abaixo.

Submodelagem trenó

Através desse tipo de conexão, os resultados provenientes do modelo simplificado serão transferidos para o Setup do submodelo. Feita esta conexão, aparecerá um ícone “Submodeling” na árvore de projeto.

Submodelagem trenó

Existem, dentro do Submodeling, quatro opções disponíveis para a importação de carregamento na fronteira do submodelo. Estando estes listados na tabela a seguir juntamente com a respectiva função.

tabela

Neste caso, como ambos os corpos que delimitam a região de fronteira são do tipo Sólido, será utilizada a opção “Cut Boundary Constraint” para importar o carregamento na fronteira do submodelo.

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Após importado o carregamento através do Submodeling e incluídas as condições de contorno no submodelo, basta rodar a análise e obter os resultados.

Submodelagem Trenó

Primeiro: Certifique-se de que os carregamentos estão sendo importados corretamente. Para isto, compare os deslocamentos importados na superfície de fronteira do submodelo com a respectiva superfície no modelo global.

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Segundo: Avalie se a região de corte é longe o suficiente da sua região localizada de interesse, pois a submodelagem segue basicamente o Princípio de St. Venant’s e, segundo este princípio, o corte deve ser realizado longe o bastante para que as tensões estabilizem, ou seja, onde não haja ou haja o mínimo possível de efeito local.

Terceiro: Cheque as forças de reação nos apoios, pois, já que o carregamento é aproximadamente o mesmo, espera-se que as reações nos apoios também sejam similares. No entanto, neste caso, espera-se uma pequena diferença associada à mudança de rigidez na estrutura. Isto porque, a geometria da rena, proveniente do submodelo, foi modificada em relação ao modelo global.

Submodelagem trenó

Por fim, cabe destacar que a técnica de submodelagem é uma boa opção para analisar uma região localizada do modelo. Regiões estas que exijam um nível de detalhamento maior tanto em relação à geometria, quanto em relação à malha utilizada. Sendo assim, se for utilizada com as devidas precauções, ela permite reduzir o tempo de simulação sem sacrificar a acuracidade dos resultados.

Assista ao vídeo da modelagem completa.


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