Empresas que utilizam Autodesk Inventor (15)

Sediada em Sausalito, Califórnia, a Pi Mobility é uma empresa baseada num único produto, a Pi Cycle - uma bicicleta eléctrica. Nas palavras do fundador da empresa, o projecto Pi Cycle resolve em simultâneo vários problemas de Design: permite mobilidade acessível e sem emissões, é fácil de operar, é fácil de reparar e de fazer a manutenção. A estética arrojada do produto também parece agradar aos utilizadores.

Utilizando o Autodesk Inventor, os projectistas da Pi Mobility descobriram que, com a espessura certa, toda a estrutura da bicicleta se podia resumir a um único tubo de alumínio arqueado. Esta configuração é uma alternativa às soluções mais vulgares que apresentam demasiados elemento plásticos, sujeitos a quebras. Esta simplicidade significa mais facilidade de produção e melhor gestão da qualidade de construção.

A Pi Mobility estima que, as decisões de projecto que resultaram da utilização da Prototipagem Digital da Autodesk lhes vão permitir poupar cerca de 335.000$ nos próximos sete anos.

Site da Pi Mobility.

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Análise de tensões no Autodesk Inventor (4)

No caso apresentado, pretendia-se analisar uma mola de suspensão de lâminas parabólicas. Pretendia-se determinar dados como: a carga máxima a que a mola poderia ser sujeita sem entrar em deformação plástica, a amplitude de trabalho da mola, etc.

Para a modelação do conjunto utilizou-se um desenho do fabricante em formato .dwg.

O desenho foi importado para o ambiente 'Sketch', foram executadas as operações de modelação de cada peça (extrusões e 'Fillets' simples), posteriormente foi construído o conjunto.

Uma vez que o material pretendido (Aço Mola 50CRV4) não fazia parte da lista de materiais do Inventor, criou-se um novo material introduzindo-se as propriedades físicas necessárias.

No ambiente de análise FEA, criou-se uma nova simulação do tipo 'Static Analisys'. Uma vez que neste caso, todas as peças do conjunto deslizam e interagem entre si, seleccionou-se a opção 'Sliding/No Separation' no campo 'Contacts' - 'Default Type'.

Para simular o cenário de funcionamento deste produto aplicaram-se três 'Constraints': Uma 'Constraint' do tipo 'Pin' no olhal da mola, uma do tipo 'Frictionless' na na zona de apoio da lâmina superior e finalmente outra 'Constraint' do tipo 'Frictionless' na parte lateral de todas as lâminas, simplesmente para evitar que hajam deslocamentos laterais no resultado final.

A carga aplicada foi de 150 000 N na parte inferior da mola. Os resultados podem ser vistos no vídeo seguinte:

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Utilização da Parametric Table em ambiente Stress Analysis

No ambiente Stress Analysis podemos utilizar a Parametric Table para melhor analisar os resultados da análise, testar várias configurações e optimizar a peça a criar.

Na área Design Constraints da Parametric Table definem-se valores limite para determinados resultados da análise, no exemplo demonstrado, definiu-se um intervalo de valores aceitáveis para a deformação máxima. Na coluna Result Value da Parametric Table o resultado é apresentado com um círculo verde ou vermelho conforme caiba ou não no intervalo definido. Pode acrescentar-se mais Design Constraints de vários tipos - Stress (Von Mises, 1st e 3rd), Displacement, Safery Factor, Strain, Contact Pressure, Mass e Volume.

Na área Parameters da Parametric Table definem-se valores variáveis para determinados parâmetros (dimensões) do projecto.

O Inventor fará uma análise exaustiva de todas as combinações possíveis de parâmetros e posteriormente será possível observar os resultados, fazendo deslizar os cursores apresentados na Parametric Table.

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Novidades do Autodesk Inventor 2011 - Frame Analysis

Uma das novidades do Inventor 2011 é a inclusão de uma nova ferramenta de análise - 'Frame Analysis'. Esta ferramenta de análise destina-se a optimizar o projecto de estruturas constituídas por vigas.

A ferramenta 'Stress Analysis', já existente nas versões anteriores, destina-se à análise do estado de tensão e deformação em peças de geometria livre. O Inventor converte o volume infinito de uma peça ou de um conjunto numa malha finita de segmentos e pontos de ligação (nós). Posteriormente realiza o cálculo para cada um desses elementos.

No caso de uma estrutura constituída por vigas, é possível a utilização do mesmo processo. No entanto, se a estrutura for de grandes dimensões, uma malha de rigor aceitável terá muitos milhares segmentos para cálculo, o que tornará o processo muito complexo e demorado.

Uma solução típica em engenharia mecânica é a simplificação da malha de elementos finitos. Esta simplificação é feita associando-se um segmento a cada viga e especificando-se nós entre os mesmos.

A ferramenta 'Frame Analysis' recorre a esse método de simplificação. Esta ferramenta está disponível apenas no contexto de projecto de conjunto, no separador 'Environments' do 'Ribbon'.

O primeiro passo é criar uma simulação e especificar se é do tipo 'Static Analysis' ou 'Modal Analysis'. O Inventor gera automaticamente os segmentos e os nós. O passo seguinte é a definição dos encastramentos, edição das propriedades dos nós, edição de segmentos rígidos de ligação, se necessários, e finalmente aplicação das cargas.

Como acontece com a ferramenta 'Stress Analysis', os resultados são apresentados de várias formas e existe a possibilidade de gerar um relatório em HTML e exportar os dados da análise no formato do Autodesk Robot.

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Novidades do Autodesk Inventor 2011 - Manipulação directa

No Inventor 2011, ao seleccionarmos uma face, aresta ou 'Sketch', é-nos apresentada uma 'Mini-toolbar' para acesso rápido a operações comuns.

No caso de seleccionarmos uma face, a 'Mini-toolbar' sugere-nos as operações 'Edit Feature', 'Edit Sketch' e 'Create Sketch'.

No caso de seleccionarmos uma aresta, a 'Mini-toolbar' sugere-nos de imediato as operações óbvias: 'Create Fillet' e 'Create Chamfer'.

Se seleccionarmos um 'Sketch', a 'Mini-toolbar' apresenta as opções 'Create Extrude', 'Create Revolve', 'Create Hole' e 'Edit Sketch'.

Além da 'Mini-toolbar', o Inventor 2011 apresenta outras funcionalidades que implementam a manipulação directa. Durante a execução de operações (extrusão, revolução, etc) são apresentados objectos interactivos para selecção de propriedades da operação, introdução de parâmetros e arrastamento directo das faces.

Uma vez que estas opções são apresentadas imediatamente sobre a interface gráfica, o fluxo de trabalho no Inventor 2011 é mais intuitivo, rápido e fluido.

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Análise de tensões no Autodesk Inventor (3)

O ambiente de 'Stress Analisys' do Inventor constitui uma interface simplificada para análise do estado de tensão e deformação de peças e conjuntos pelo método dos elementos finitos.

Por defeito a aplicação de cargas ou encastramentos está limitada às áreas em que se divide a superfície da peça (No Inventor estas áreas são definidas pela transição de superfícies do tipo G0 e G1 - arestas e tangentes).

Acontece, na maior parte das vezes, que essas superfícies não delimitam as zonas reais de aplicação de cargas ou encastramentos e pode ser necessário executar a subdivisão das mesmas para se obter uma simulação realista.

No exemplo abaixo demonstrado, utilizou-se a função 'Split' para subdividir a superfície da peça que se pretendia analisar. A função 'Split' requer que se criem planos de trabalho.

Depois de subdividida a superfície do sólido, já é possível isolar as zonas da peça a encastrar e as zonas sobre as quais se deverão aplicar cargas.

Este procedimento permite recriar um ambiente de análise que corresponde o melhor possível às condições reais de trabalho da peça.

Personalizar a lista de Materiais do Inventor

A lista de materiais do Inventor traz mais de 60 materiais diferentes que se podem aplicar às peças para se obter propriedades físicas para Prototipagem Digital. Essa lista standard de materiais cobre os materiais mais comuns utilizados na maior parte das indústrias. Pode no entanto ser necessário, por parte de uma indústria em particular, introduzir uma liga metálica ou um polímero de propriedades específicas.

O procedimento para introduzir um novo material é o seguinte:

No ambiente de criação de peças, clicar em 'Styles Editor' na área 'Styles and Standards' do separador 'Manage'.

Na parte esquerda da janela 'Style and Standard Editor' podemos ver o que se pode personalizar em termos de 'Styles and Standards' - Color (cor das peças), Lighting (iluminação do ambiente de trabalho) e Material.

Neste caso expande-se a lista 'Material' e selecciona-se um. Depois clica-se em 'New', o Inventor, por defeito, propõe que o novo material seja uma cópia do material seleccionado.

Se pretendermos um material completamente novo, será necessário saber algumas propriedades físicas específicas. Se não completarmos todos os campos de propriedades, a massa da peça e os resultados da análise de tensões serão errados.

As propriedades a preencher são as seguintes:

Densidade, Módulo de Young (módulo de elasticidade), Coeficiente de Poisson, Tensão de cedência, Tensão de ruptura, Condutividade térmica, Expansão linear e Calor específico.

Ainda nesta janela, é ainda possível escolher e personalizar a cor do novo material e definir se este pode ser utilizado pelo programa como material de soldadura no ambiente de simulação de soldaduras.

Na imagem abaixo, podemos ver o resultado de uma análise FEA realizada aplicando uma carga semelhante sobre peças iguais, constituídas por materiais diferentes.

Multi Análise

No projecto abaixo representado, utilizou-se a simulação dinâmica e a análise pelo método dos elementos finitos do Inventor.

Em primeiro lugar geraram-se as peças e a montagem do conjunto. Associaram-se materiais a todas as peças, de forma a obterem-se dados para análise do protótipo digital.

Para o projecto abaixo, no contexto do conjunto, em ambiente de simulação dinâmica (Dynamic Simulation), aplicou-se um valor de torque à articulação rotacional que corresponde ao veio motorizado. Acrescentou-se ainda uma carga para simular a pressão da escova sobre o vidro e a força da gravidade. Foi necessária a aplicação manual de apenas uma Joint, do tipo 3D Contact, entre o vidro e a escova. A funcionalidade do conjunto pode ser observada, utilizando-se o Simulation Player.

No ambiente Stress Analysis, isolaram-se alguns componentes essenciais e realizou-se uma análise do estado de tensão e deformaçáo ao conjunto. Simulou-se uma carga de torque no veio motorizado e observou-se a distribuição das tensões nas várias peças. Ffazendo variar a carga aplicada, determinou-se a carga limite para as peças em questão.

Este exercício exemplifica as possibilidades de análise, ensaio e optimização de um protótipo digital em Autodesk Inventor.

Análise de tensões no Autodesk Inventor (2)

A estrutura em causa é a torre de um aerogerador com 72 metros de altura, 4,3 metros de diâmetro na base e 2,955 no topo. Não se trata de uma peça simples ou de um Shrinkwrap, mas sim de um conjunto de 21 peças em chapa, montadas e soldadas em ambiente Welding.

O protótipo digital foi criado com as dimensões reais do produto, a mesh criada para análise FEA tem muitos milhares de segmentos. Foi aplicada uma carga no topo que simula o peso de um aerogerador, acrescentou-se a força da gravidade e uma carga lateral de teste, distribuída por toda a altura.

Sendo uma aplicação destinada ao mercado médio, o Inventor demonstra que também é capaz de realizar um processo de análise desta complexidade. A versão utilizada foi o Autodesk Inventor 2010 Professional Suite em 32 bit.

Relatórios em Inventor (3)

Em Engenharia Mecânica, a geometria das peças é ditada sobretudo pela Resistência dos Materiais. Sendo assim, a integração de uma ferramenta de análise de resistência numa aplicação de projecto é essencial.

O módulo FEA do Inventor permite visualizar dados relativos ao estado de tensão e deformação de peças e conjuntos quando sujeitos a cargas de força ou pressão. O módulo FEA permite fazer ainda uma análise do tipo modal – analisando a resposta dinâmica de peças e conjuntos a diferentes frequências e determinando as frequências às quais a resposta dinâmica é mais significativa.

Após realizar um destes tipos de análise, o Inventor gera automaticamente um relatório detalhado dos resultados da mesma. Esse relatório é gerado em formato .html e fica por defeito guardado na mesma pasta da peça ou do conjunto analisados.

De seguida apresentamos o relatório de um exemplo típico de análise: O conjunto utilizado é uma estrutura de vigas soldadas, que deverão ser aparafusadas ao chão através de furos na base.

Interessava saber qual o comportamento desta estrutura quando sujeita a uma carga pontual de 25.000 N e quais as cargas a que estarão sujeitos os pontos de fixação de forma a dimensionar os parafusos de aperto.

O relatório pode ser consultado aqui.

Um dos primeiros aspectos que reparamos no documento .html é o facto de este ter algumas funções dinâmicas. As imagens podem ser visualizadas em vários tamanhos e os pontos apresentados podem ser expandidos ou minimizados (clicando em “+” e “-“.)

A primeira tabela apresenta dados relativos ao ficheiro analisado, à versão do Inventor, à data de criação do ficheiro, e ao autor da simulação. A informação restante divide-se em dois pontos – Project Info (informação do projecto) e Simulation (este ponto é numerado, para o caso de existirem múltiplas análises).

É importante referir que, a informação que consta neste relatório pode ser definida pelo utilizador quando solicita a geração do mesmo, neste caso foi gerado um relatório conforme definido por defeito.

Os dados específicos que se pretendia nesta análise encontram-se no ponto Reaction Force and Moment on Constraints. São aqui apresentadas as forças de reacção e os momentos para cada uma das furações definidas como pontos de encastramento, para essas forças e momentos são indicados valores totais e componentes vectoriais.

Análise de tensões no Autodesk Inventor (1)

Quando a Autodesk integrou a primeira ferramenta de cálculo por elementos finitos no Inventor, confesso que passei horas a experimentar esta funcionalidade. Criava peças, definia materiais, aplicava cargas e observava os resultados. Depois redesenhava as peças, redefinia os materiais e reaplicava novas cargas… a possibilidade de observar o estado da peça em carga e a deformação da mesma em meia dúzia de segundos era fascinante.

A versão 2010 continua a fazer exactamente o mesmo e muito mais, além de peças individuais, podemos fazer a mesma análise em conjuntos de peças. E não apenas isso, agora temos novas formas de fixar as peças e novos tipos de cargas.

O módulo de análise por elementos finitos (FEA) do Inventor 2010 permite analisar o estado do conjunto em carga, podemos definir a forma como as várias peças se comportam em termos de contacto (bonded, separation, sliding, spring, shrink, etc.), podemos criar definições particulares para cada contacto e alterar a mesh em pontos específicos para obter mais rigor.

Resumindo e concluindo, tenham cuidado e não se deixem levar pela curiosidade em pleno horário de trabalho.