Alunos: Daniel C. França Sandro Serafim João Klein

1.0 IntroduçãoComputer Aided Engineering (Engenharia auxiliada por computador) é uma ferramenta que analisa e processa cálculo de forma a minimizar esforços braçais do engenheiro, se preocupando menos com a parte operacional e mais com a questão estratégica, fazendo do CAE uma ferramenta poderosa para redução de custos de um projeto e minimização de tempo para o lançamento de um produto.“CAE é a analise e avaliação do projeto da engenharia usando técnicas computacionais para calcular operacionalização e funcionalidade do produto e parâmetros da manufatura muito complexos para métodos clássicos”. [REHG, 1994, 138]

O CAE pode ser utilizado no processo de projeto, analise e níveis de avaliação do produto, ele verifica o produto referente a sua funcionalidade, encaixes e design, podendo reavaliá-las; Checa se as necessidades são compatíveis com a capacidade de produção; e reduz drasticamente o tempo gasto com cálculos operacionais.

2.0 AplicaçõesO CAE consegue se adaptar as mais diferentes áreas devido a sua grande flexibilidade, podendo ser utilizado em áreas que variam de construção civil à indústria automobilística.Em áreas como aeronáutica o CAE pode determinar custo de projeto, verificar falhas no projeto, na pré-visualização do produto. Apontar falhas no design ou na funcionalidade do produto e simular comportamentos.

3.0 Vantagens e Desvantagens

Seguem algumas das vantagens e desvantagens do CAE, as vantagens serão apresentadas precedidas do sinal +, enquanto as desvantagens serão procedidas pelo sinal de -.

+ O tempo e custo despendidos no projeto são reduzidos, pois o aprimoramento e possíveis correções podem ser realizadas de forma mais rápida e segura com a utilização de computadores.+ A utilização de um sistema CAE melhora a eficiência do projeto.+ Os erros de projeto podem ser corrigidos e testados mais rapidamente em um sistema computadorizado. Sem necessidade de um protótipo que demandaria tempo.+ Tem-se a eliminação ou brusca redução da quantidade de protótipos de teste que precisam ser construídos, pois muitos testes podem ser feitos virtualmente com a utilização de computadores.- A economia nos processos de fabricação é um dos grandes motivos para utilização de CAE. Simular sistemas antecipadamente é mais barato do que a realização de testes experimentais com os mesmos objetivos.+ A realização de cálculos complexos na fase de engenharia por computador aumentam a produtividade, pois agilizam o processo devido a economia de tempo.+ A detecção de erros na fase de engenharia reduz o custo com correções e o retrabalho.+ Alterações podem ser feitas rapidamente.

+ O material resultante desse processo ser reutilizado.

- O custo do CAE costuma ser bem alto, dependendo de sua finalidade.- Necessita de computadores de alta perfomance para realizar cálculos complexos.- Os sistemas de CAE não mostram qual o problema, apenas processa e exibe um resultado que ainda precisa passar por uma mão de obra especializada para interpretá-lo.- Não é possível realizar todas as simulações necessárias a fim de assegurar a qualidade do produto final através do software, portanto nem sempre a utilização de protótipos pode ser descartada totalmente.- Segundo [COSTA, 1995], muitas ferramentas CAE integram ferramentas CAD, no entanto permanecem problemas de integração com outros aplicativos, como por exemplo, o CAM. 4. Método dos Elementos FinitosEntre os sistemas CAE atualmente disponíveis, os mais utilizados são os sistemas baseados no método dos elementos finitos. O objetivo da análise pelo método dos elemento finitos é desenvolver ou verificar um produto modelando seu comportamento antes do mesmo ser fabricado.É uma ferramenta de simulação por meio da qual a resposta da estrutura a cargas conhecidas é simulada. Do ponto de vista prático, os "softwares" de Elementos Finitos oferecem-nos uma Biblioteca de Elementos do programa, contendo diversos elementos, cada qual tentando representar um diferente comportamento físico conhecido da Mecânica Estrutural (placas, cascas, membranas, sólidos, vigas, etc.) por intermédio dos Modelos de Análise. Tendo montado o modelo estrutural, podemos determinar a Configuração Deformada da Estrutura Inteira no computador, qualquer que seja a forma da Estrutura e o tipo de carregamento. Estamos então em condições de determinar o estado de tensões na estrutura e fazer a avaliação de sua Resistência Mecânica. Assim, o Método dos Elementos Finitos é uma ferramenta extremamente valiosa para ajudar as equipes de engenharia em uma das tarefas mais importantes no desenvolvimento de um produto, que é determinar o seu comportamento estrutural e garantir que não haverá falha tanto em condições normais de operação, como em situações críticas de operação, por intermédio da determinação do panorama de tensões nos componentes. Assim, o modelo proposto deve representar trecho a trecho da forma mais acurada possível o que ocorre na estrutura real. Essa representação só poderá ser feita se o analista estrutural conhecer o comportamento dos elementos finitos disponíveis e identificar na estrutura objeto de Análise esse comportamento, de sorte a utilizar o elemento adequado para cada aplicação. Em resumo, os programas de elementos finitos não são, sob hipótese alguma, ferramentas mágicas, que independem do julgamento do analista, pois constituem um auxílio a ele, que deve conhecer os conceitos fundamentais do MEF, e o comportamento dos principais elementos da Biblioteca do Programa. Uma base conceitual adequada é o melhor caminho para obter bons resultados nas aplicações práticas do dia-a-dia com os softwares de elementos finitos. O processo completo é composto por: Criação do modelo; Análise do modelo; Análise dos resultados; Modificações, atualizações e re-análise do modelo de resultados. Modelagem da geometria

Será elaborada uma representação geométrica acurada do objeto físico. Pode ser feito através do CAD e dos pré-processadores de elementos finitos, que juntos, geram o Modelo de elementos finitos.

4.1 AnáliseQuando surge a necessidade de resolver um problema de análise de uma estrutura, aprimeira questão que se coloca é a sua classificação quanto à geometria, modelo domaterial constituinte e acções aplicadas. O modo como o MEF é formulado e aplicadodepende, em parte, das simplificações inerentes a cada tipo de problema. Referem-se emseguida alguns aspectos que é necessário ter em consideração na fase que antecede aanálise de uma estrutura.

Elaborar uma representação geométrica acurada do objeto físico é o primeiro passo para criar o modelo. Existem diversas maneiras de criar, incluindo o uso de:CAD; Pré-processadores de elementos finitos.Modelagem geométrica é o ponto forte de sistemas tipo CAD, são os fortes dos pré-processadores de elementos finitos. Uma combinação de CAD para geometria e pré-processadores para a criação e edição de elementos finitos. Oferece o melhor dos dois conjuntos, já que os pré-processadores podem normalmente “importar” ou acessar a geometria CAD.

4.2 Análise dinâmica ou estáticaAs ações sobre as estruturas são em geral dinâmicas, devendo ser consideradas as forças de inércia associadas às acelerações a que cada um dos seus componentes fica sujeito. Por este motivo, seria de esperar que a análise de uma estrutura teria obrigatoriamente de ter em consideração os efeitos dinâmicos. Contudo, em muitas situações é razoável considerar que as ações são aplicadas de um modo suficientemente lento, tornando desprezáveis as forças de inércia. Nestes casos a análise designa-se estática. Nesta publicação apenas são considerados problemas em que se supõem válidas as simplificações inerentes a uma análise estática.Análise não linear ou linearNa análise de uma estrutura sólida, é habitual considerar que os deslocamentos provocados pelas ações exteriores são muito pequenos quando comparados com as dimensões dos componentes da estrutura. Nestas circunstâncias, admite-se que não existe influência da modificação da geometria da estrutura na distribuição dos esforços e das tensões, i.e., todo o estudo é feito com base na geometria inicial indeformada. Se esta hipótese não for considerada, a análise é designada não linear geométrica.É também freqüente considerar que, ao nível do material que constitui a estrutura, a relação entre tensões e deformações é linear. Nos casos em que esta simplificação não é considerada, é necessário recorrer a algoritmos específicos de análise não linear material.

4.3 ResultadosUma vez feita a analise, os resultados são processados e apresentados. Normalmente estes resultados são comparados com valores admissíveis para verificar a validade e adequação do projeto. Da mesma forma os resultados podem ser comparados com os dados de teste, verificando-se então a precisão do modelo. Alguns meios disponíveis para a apresentação dos resultados são: saída impressa, saída plotada, arquivos de saída, interfaces para outros programas.

5.0 ConclusãoCAD/CAE/CAM estão cada vez mais acessíveis, os tornando algo a mais do que meros artefatos de mega empresas, ferramentas de menor custo vem se tornando presente em pequenas e médias empresas, tornando-a uma realidade para a engenharia moderna, auxiliando o engenheiro na tomada de decisão e reduzindo seu tempo despendido com serviços de maior ênfase operacional, deixando o engenheiro mais preocupado com o projeto do produto.

6.0 Referências Bibliográficas

1. REHG, James A. Computer Integrated manufacturing. New Jersey: Prentice Hall, 1994.2. COSTA, L.S.S.; CAULLINAUX, Heitor. Manufatura integrada por computador: Sistemas

Integrados de Produção. Rio de Janeiro: Campus 19953. AZEVEDO, Álvaro F.M. Método dos elementos finitos. Cidade do Porto: Faculdade de Engenharia

da Universidade do Porto, 2003.