Simulações paramétricas com o Solidworks Deixe um comentário

Utilizando o software Solidworks, nós da Ecocar Unicamp já conseguimos bons resultados com simulações estáticas das diferentes peças que usamos no nosso carro econômico. Entretanto, há uma maneira ainda mais eficiente de realizar tais simulações: por meio das simulações paramétricas, outro recurso do Solidworks.

Esse recurso consiste na realização em série de simulações estáticas, com pequenas variações entre elas para determinar qual combinação de fatores é a melhor para um resultado desejado.

Nesse texto exploraremos exatamente o que tudo isso significa, quais os benefícios de realizar simulações paramétricas, e como interpretar os resultados entregues automaticamente pelo software.

Funcionalidades

Primeiro, precisamos saber para que realizaremos essa simulação. Qual objetivo queremos alcançar?

Tendo em vista o maior objetivo da nossa equipe: a eficiência do nosso carro; a característica principal almejada em nossos componentes é a leveza. De modo simplificado, quanto maior a massa, maior o gasto de energia para acelerar nosso carro (agradeça Newton por isso), o que gera uma perda grande de energia com a utilização dos freios, gerada principalmente por atrito. Ou seja, quanto menor a inércia translacional e rotativa que nosso carro tiver, mais fácil será acelerar, frear, e manter o alto desempenho.

Tendo em mente, as vantagens de peças leves para a construção do carro, podemos responder a seguinte pergunta: Como as simulações paramétricas nos ajuda com isso?

A principal funcionalidade dessa simulação é variar diferentes parâmetros da peça e analisar o que isso influencia na simulação estática, que analisa as tensões e deformações que uma peça sofre ao estar sujeita a uma série de forças externas. Portanto, se variarmos o parâmetro massa, colocando como objetivo obter o menor valor possível, podemos ver qual configuração de variáveis nos entrega o melhor resultado, sem piorar muito o Fator de Segurança (explicado mais a frente, e também em nosso texto anterior). Isso é possível através da própria biblioteca do Solidworks, que tem inúmeras propriedades de diferentes materiais de engenharia, como: ligas de alumínio, aço, cobre, titânio, e outros.

Entretanto, não estamos restringidos apenas a mudar a massa de uma peça. Dependendo do estado do projeto, podemos variar outros parâmetros como as dimensões da peça (comprimento, largura, altura, raio, etc.), forças aplicadas (se quisermos ver como uma peça reage a diferentes forças externas), entre outros. Nesse sentido, a simulação paramétrica tem uma infinidade de funcionalidades que são úteis para diferentes projetos; no nosso caso, a principal funcionalidade é a possibilidade de analisar o efeito de cada material que o componente pode ter.

Exemplo de um resultado de simulação estática
Exemplo de um resultado de simulação estática

Realização das simulações paramétricas

Mas como exatamente realizamos essa simulação? Como nós “dizemos” ao software que queremos como objetivo a menor massa, mas ainda uma boa resistência às forças externas?

Primeiro definimos exatamente quais parâmetros serão variados durante essa simulação, como já foi comentado. Listamos os materiais, o intervalo de comprimentos e forças analisadas para essa peça. Note: quanto maior a gama de parâmetros que queremos que sejam analisados, maior o tempo de simulação. Principalmente se formos analisar parâmetros independentes, como dimensões, material, e forças, simultaneamente. É uma análise combinatória simples – se temos 3 materiais, 2 dimensões e 4 forças, teremos 3×2×4 = 24 cenários diferentes para analisar.

Para solucionar isso, o Solidworks tem uma função de resolução rápida da simulação paramétrica, conforme a figura abaixo indica. Para melhores resultados, é recomendado desativar isso, mas o custo de tempo será maior.

Solidworks sendo amigável e reduzindo o tempo de simulações paramétricas para um caso de 35 cenários
Solidworks sendo amigável e reduzindo o tempo de simulação para um caso de 35 cenários

Agora vamos definir as restrições. É aqui que impomos que queremos uma mínima resistência da peça às forças externas. Novamente, o conceito de Fator de Segurança é essencial para essa análise, pois é o que geralmente impomos um valor mínimo. Qualquer iteração que encontre um Fator de Segurança menor que o mínimo é automaticamente descartada. Alternativamente, podemos colocar outras restrições, como tensão e deformação, se quisermos ser mais específicos, mas com o Fator de Segurança já garantimos que nossa peça conseguirá aguentar as forças.

Finalmente, colocamos a meta. Aqui é definido qual iteração será a melhor, a mais otimizada. Aquela que tem a menor massa? É uma possibilidade. Aquela que tem uma melhor razão peso para tensão? Outra opção válida. No fim, basta escolher qual objetivo faz mais sentido a seu projeto, e executar a simulação.

Variáveis, restrições e metas definidas pré simulação
Variáveis, restrições e metas definidas pré simulação

Resultados – Simulações paramétricas

No fim, todos os cenários são exibidos com os parâmetros relevantes destacados. Automaticamente, o Solidworks nos mostra o cenário ideal, com seus dados. Se quisermos mais resultados para analisar, podemos plotar gráficos, para ver o comportamento do Fator de Segurança conforme mudamos o comprimento. Por exemplo:

Tabela final de resultados de Simulações paramétricas, mostrando os cenários e suas propriedades
Tabela final de resultados, mostrando os cenários e suas propriedades

Nessa hora, precisamos ver se o cenário ideal faz sentido para o que queremos. O material escolhido muitas vezes é o mais caro, devido a relação resistência/massa, e portanto, pode ser difícil utilizá-lo na manufatura. Assim, podemos ver como cada material afeta o Fator de Segurança, analisar o preço e a disponibilidade no mercado e basear sua escolha.

Conclusão

Como extensão da Análise Estática, a Simulação Paramétrica é uma ótima ferramenta que o Solidworks nos oferece. Ao analisar diversos cenários com diferentes categorias de parâmetros variando, podemos tomar decisões sagazes para a manufatura de nossa peça, além de saber o quão seguro cada cenário é. Além disso, podemos demonstrar nossos resultados visualmente com gráficos.

Agora, temos uma peça com as dimensões e material otimizado, após utilizar a análise estática como ponto de partida e a paramétrica para confirmar nossas escolhas. Entretanto, há ainda mais uma forma de otimizar sua peça de maneira rápida no Solidworks, que exploraremos num texto futuro…


Esse post é resultado da parceria da FilipeFlop com a equipe Ecocar UNICAMP. Curtiu o conteúdo? Então deixe seu comentário abaixo!

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