Como a VirtualCAE realiza uma otimização estrutural?

Na VirtualCAE, utilizamos simulações numéricas baseadas no método de elementos finitos MEF em conjunto de algoritmos robustos para fazer esse tipo de análise e assim descobrirmos computacionalmente a melhor geometria para seu componente.

Entendendo os Objetivos da Otimização

A primeira etapa de qualquer otimização é alinhar o o cenário de trabalho do componente. Isso significa mapear as forças aplicadas, definir as tensões admissíveis e estabelecer com clareza o objetivo principal do projeto, seja esse eliminar o excesso de massa, ajustar estrategicamente as espessuras ou conceber uma nova geometria do zero.

Modelamento FEA

Agora que o objetivo da otimização e as condições de contorno estão decididas, o modelo CAD será preparado para uma simulação pelo Método Dos Elementos Finitos, será criada a malha, condições de contorno, conexões, contatos, materiais. A ideia é transformar a geometria do CAD em um modelo numérico capaz de mostrar deformações, tensões e deslocamento, e utilizar esses resultados para a otimização do modelo.

Estudo de Otimização

Com a confirmação de que o modelo está representando a realidade de forma correta, é feito o estudo de otimização, nessa parte é adicionado o que deve ser otimizado como espessura, forma e quais condições devem ser respeitadas para que a otimização seja válida. Quando finalizadas as iterações para otimização, teremos todos os resultados da iterações realizadas e poderemos verificar a versão considerada a mais adequada que cumpri com todas as condições de trabalho e maximiza ou minimiza esse resultado.

Elaboração do Projeto Executivo

Como os algoritmos de otimização frequentemente geram dimensões teóricas ou não comerciais, a etapa final consiste na interpretação técnica desses resultados. Aqui, transformamos a geometria otimizada em um Projeto Executivo pronto para a fábrica, ajustando tolerâncias, espessuras comerciais e processos de manufatura sem perder os ganhos obtidos na simulação. 

Exemplo Prático: Otimização de Eletroduto com Simcenter Radioss

O eletroduto corrugado (conhecido popularmente em algumas regiões como “conduíte”) é um tubo flexível de PVC utilizado para proteger e organizar cabos e fiação elétrica em construções civis. Ele é embutido em paredes e pisos.

Para que cumpra bem a sua função, o eletroduto precisa enfrentar dois desafios em obra: 

Resistir à compressão e flexão: Ao ser curvado para passar nos cantos da parede ou ao receber o peso em uma laje, ele não pode colapsar nem amassar. Se a secção interna achatar, os cabos elétricos não conseguirão passar no seu interior. 

Manter a leveza e custo baixo: Fazer um tubo com paredes extremamente grossas resolveria o problema do esmagamento, mas tornaria o produto caro, rígido e pesado, inviabilizando a sua produção em massa. 

Levando em consideração as necessidades para que o eletroduto cumpra sua função, o objetivo do estudo foi maximizar a força necessária para flexionar o tubo, permitindo que as espessuras dos topos e dos vales variem entre 0,2 mm e 3,0 mm. Como regras do projeto, estabeleceu-se que todos os topos deveriam ter a mesma espessura entre si, o mesmo valendo para todos os vales, e que o peso total não poderia ultrapassar o limite de 30 gramas de material adicionado. 

Para ilustrar a aplicação da otimização na prática, analisamos o caso de um eletroduto corrugado de PVC com 90 mm de comprimento, diâmetro externo de 25 mm (no topo) e interno de 20 mm (no vale), partindo de uma espessura inicial uniforme de 2,0 mm. No teste, o componente foi engastado nas extremidades e submetido à flexão por uma superfície rígida posicionada no centro, programada para se deslocar 15 mm em sua direção. Devido às grandes deformações e à não-linearidade do contato, utilizou-se o solver Simcenter Radioss.