Quem trabalha com projetos de componentes de engenharia sabe que uma das etapas de maior dificuldade e desafio é a integração das fases de design e concepção com a de modelagem mecânica. Além das dificuldades inerentes à adequada interpretação das informações geométricas, o modelo mecânico usualmente efetua aproximações sobre tais descrições, além de requerer malha/discretização de domínio. Essa tarefa de integração não é trivial e pode demandar até 80% do tempo total de análise em componentes complexos, de acordo com o Sandia National Laboratories, renomado laboratório de pesquisa e desenvolvimento norte-americano.

De fato, basta imaginar um sistema de engrenagens em funcionamento, tão comumente utilizado na indústria mecânica, para se fazer ideia do desafio de se garantir o encaixe perfeito entre os dentes nessa transformação de um design no computador em peça real. Mais do que capricho, essa perfeição nos encaixes é uma exigência para seu correto movimento, como em projetos automotivos, no sistema hidráulico do motor, por exemplo, ou ainda em outras áreas que acompanham a evolução da aerodinâmica automotiva. O mesmo vale para outros tipos de construções, como as torres eólicas, onde um mínimo desajuste nas pás acarreta problemas.

Foi justamente pensando em inovar e vencer essa dificuldade que alunos e pesquisadores do Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) desenvolveram um novo software de análise, batizado de Scigma (São Carlos Isogeometric Mechanical Analysis).

Baseado no método de elementos de contorno isogeométrico, o Scigma é capaz de realizar análises numéricas e modelagem mecânica robustas para componentes de engenharia, tendo como base o modelo geométrico gerado por qualquer software CAD. “A sua grande inovação está no fato de o programa empregar a idêntica representação dos modelos desses softwares utilizados na fase de concepção. Tanto a geometria quanto as grandezas mecânicas são aproximadas pelas descrições fornecidas pelo modelo CAD. Além disso, não é necessária malha de domínio ou volumétrica! Portanto, realiza-se uma integração mais eficiente e direta, utilizando-se, inclusive, o mesmo computador”, destaca o professor Edson Denner Leonel, coordenador do grupo de pesquisa.

Projeto geométrico de uma engrenagem	Resultados da simulação
Detalhe do dente da engrenagem

Atualmente, os softwares mais usados na fase de modelagem mecânica baseiam-se em elementos finitos e utilizam tipos de representações distintas para o modelo de um componente, dificultando a integração entre as fases. “Isso acontece porque, enquanto o CAD usa funções NURBs e BSplines para a descrição da geometria de sólidos por meio de uma representação de sua superfície, o programa de elementos finitos precisa de uma aproximação de domínio e de superfície, de caráter polinomial. A integração entre essas duas etapas, então, requer a criação de malhas de domínio de aproximação polinomial, tarefa que se torna bastante custosa e pode provocar erros na análise quando se trata de geometrias complexas”, explica Leonel.

A inovação desenvolvida na Escola de Engenharia de São Carlos ainda passa por algumas etapas finais que envolvem o aperfeiçoamento de interface gráfica, além de suporte e marketing. O grupo acredita que o Scigma tem totais condições de ser um produto bem difundido entre os escritórios e indústrias que trabalham com projetos de engenharia de geometria complexa.

“Projetamos, inclusive, aproveitar o desenvolvimento da mesma tecnologia para incorporar diferentes funcionalidades para este software, com análises térmicas e acústicas, para questões de conforto e de segurança de ambiente, com a propagação do som e identificação de ruídos, entre itens de monitoramento da saúde de estruturas, além de análises eletromagnéticas. Na engenharia elétrica, pode ser usado no estudo de propagação de ondas eletromagnéticas em equipamentos clínicos, como é o caso da ressonância magnética”, conclui Leonel.

 

Gancho de içamento para ponte rolante projetado pelo Scigma

 

Projeto geométrico de uma flange
Resultados dos campos mecânicos na simulação mecânica