Desenvolver um modelo de Análise de Elementos Finitos (FEA) bem sucedido e eficaz pode resultar numa experiência frustrante para engenheiros de design. O modelo precisa de ser simples e fácil de replicar, ao mesmo tempo que ainda é suficientemente complexo para fornecer resultados de teste válidos. Isto cria um problema em que os modelos são frequentemente demasiado simplificados e aproximados para fornecer uma análise precisa, ou o modelo é demasiado complicado para ser facilmente processado.
Um passo importante para melhorar um modelo FEA é a simplificação do modelo. Contudo, o modelo deve ser simplificado da forma correcta a fim de fornecer uma análise precisa.
Gerar a geometria do modelo é um dos aspectos mais difíceis de uma Análise de Elementos Finitos (FEA). Um erro comum entre os utilizadores principiantes da FEA é assumir que um modelo CAD (Computer Aided Design) criado como parte do processo de concepção do produto pode ser ligado directamente a um estudo FEA. Os modelos CAD de desenhadores incluem tipicamente enormes detalhes e pode levar horas ou dias de processamento a incorporar num FEA.
modelosCAD ajudam os desenhadores a visualizar o produto, geram desenhos instrutivos para os maquinistas, e ajudam os engenheiros de fabrico ou de embalagem a determinar como o produto será enviado com segurança para o cliente, e a realizar uma grande variedade de outras actividades. Para algumas destas actividades, o mais ínfimo detalhe pode ser importante, e por essa razão os modelos CAD de desenhadores podem ser muito intrincados.
No entanto, muito deste detalhe é muitas vezes desnecessário na FEA. Pior, a inclusão de detalhes desnecessários num modelo FEA pode resultar em malhas de má qualidade, tempos de execução de simulações ineficientes, e resultados imprecisos. Para um analista, compreender quando e como simplificar um modelo que lhes foi passado por um desenhador é uma habilidade chave para uma simulação FEA eficaz.
Remover Características de Objectos Desnecessários
Talvez os detalhes mais comuns que podem ser imediatamente removidos da maioria dos modelos CAD sejam os filetes e as rondas. As arestas verdadeiramente quadradas raramente existem no mundo real – as arestas são tipicamente arredondadas e os modelos CAD incluirão frequentemente este arredondamento em muitos, se não em todos, os corpos geométricos. No entanto, as arestas quadradas são muito mais fáceis de enredar no mundo FEA, e a maioria dos pequenos filetes/arredondamentos não afectarão os cálculos de deslocamento global. As ferramentas CAD terão tipicamente uma característica para ajudar na remoção de filetes/arredondamentos, como o comando de preenchimento em ANSYS Spaceclaim. A utilização adequada destas características pode diminuir rapidamente a complexidade do modelo com pouco esforço do utilizador.
Incorporating Effective Geometries and Constraints
Uma outra simplificação comum é a remoção de corpos insignificantes ou a sua substituição por geometrias ou restrições eficazes. Por exemplo, a maioria dos conjuntos mecânicos incluem fixadores, como parafusos e rebites. Por vezes pode ser necessário incluir a geometria de um parafuso no modelo; contudo, em muitos casos, as geometrias dos parafusos podem ser substituídas por geometrias 3D muito simplificadas, elementos de feixe 1D, ou mesmo removidos completamente e aproximados com restrições de contacto rígidas ou condições de limite fixo.
Por exemplo, se o choque mecânico estiver a ser simulado num PCBA de 12″ por 12″, componentes muito pequenos como as resistências 0201 não terão qualquer efeito sobre a rigidez global do modelo e podem ser removidos completamente. Componentes maiores, como um SOIC de 16 PIN podem precisar de ser modelados, mas a solda pode ser substituída e aproximada com um contacto rígido entre os cabos e a placa. ANSYS Sherlock é uma ferramenta que pode ajudar a gerar um modelo pronto para FEA a partir da informação disponível na fase de design de um PCBA, ao acolher a informação ECAD destinada ao fabrico de PCBA e automatizar a criação de um modelo simplificado, de malha, pronto para FEA PCBA.
Saiba mais sobre como a FEA pode beneficiar do Software de Análise Automática de Design Sherlock.
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