Structural Mechanics Module

Novo Aplicativo: Viscoelastic Structural Damper

Amortecedores viscoelásticos são usados frequentemente para proteger estruturas altas contra vibração. O aplicativo Viscoelastic Structural Damper pode realizar as análises no domínio do tempo e no domínio da frequência para um amortecedor viscoelástico típico. A finalidade do aplicativo é calcular e analisar os parâmetros importantes do amortecedor, como o laço de histerese e os módulos de perda e armazenamento para um modelo de material prescrito. Além disso, o aplicativo fornece uma comparação visual do comportamento do amortecedor quando duas configurações diferentes são usadas para os parâmetros do material viscoelástico.

É possível alterar o número de ramificações viscoelásticas e seus parâmetros de material correspondentes, assim como a magnitude e fase da carga aplicada. O aplicativo pode ser usado para estudar o amortecedor em uma gama de frequências ou como um problema dependente do tempo.

A interface com o usuário do aplicativo Viscoelastic Structural Damper, mostrando a plotagem de histerese na direção z, no Orifício 1. A interface com o usuário do aplicativo Viscoelastic Structural Damper, mostrando a plotagem de histerese na direção z, no Orifício 1.

A interface com o usuário do aplicativo Viscoelastic Structural Damper, mostrando a plotagem de histerese na direção z, no Orifício 1.

Novo Aplicativo: Beam Section Calculator

O aplicativo Beam Section Calculator permite avaliar dados de seção transversal para uma ampla gama de vigas de padrão americano e europeu. Os dados calculados podem, então, ser transferidos para uso como dados de entrada no software de simulação COMSOL Multiphysics®.

Dado um conjunto de forças e momentos atuando sobre a seção, também é possível computar uma distribuição detalhada das tensões. O aplicativo usa a interface Beam Cross Section do COMSOL Multiphysics.

Os resultados para os dados de seção transversal, calculados pelo aplicativo Beam Section Calculator. Os resultados para os dados de seção transversal, calculados pelo aplicativo Beam Section Calculator.

Os resultados para os dados de seção transversal, calculados pelo aplicativo Beam Section Calculator.

Novo aplicativo: Truss Bridge Designer

O aplicativo Truss Bridge Designer é um exemplo de como projetar uma ferramenta de simulação para uma classe de estruturas de engenharia civil, nesse caso, uma ponte de treliça Pratt. Essa ponte é caracterizada pelas vigas diagonais em cada lado da ponte, todas inclinadas para baixo na direção do centro do vão. Devido a esse design, as vigas diagonais são submetidas apenas a tração, ao passo que as vigas verticais, mais curtas e, portanto, menos sensíveis a flambar, sofrem compressão.

No aplicativo, pode-se alterar todas as principais dimensões geométricas da pista e das vigas de suporte. Também é possível aplicar cargas em termos de qualquer número de caminhões e uma carga de vento com atuação lateral. Além do estudo estacionário, que calcula os deslocamentos e tensões causadas pelas cargas, é possível calcular as frequências naturais da ponte.

No aplicativo Truss Bridge Designer, as tensões das vigas de suporte são mostradas em uma das abas de resultados. No aplicativo Truss Bridge Designer, as tensões das vigas de suporte são mostradas em uma das abas de resultados.

No aplicativo Truss Bridge Designer, as tensões das vigas de suporte são mostradas em uma das abas de resultados.

Novo aplicativo: Linear Buckling of a Truss Tower

A análise de flambagem é a busca pelas cargas compressivas críticas além das quais as estruturas se tornam instáveis. O aplicativo Truss Tower Buckling simula a flambagem de uma torre de treliça sob cargas compressivas verticais a fim de fornecer a carga compressiva crítica.

Com o aplicativo, é possível calcular e analisar a carga de flambagem para uma torre sob diferentes condições de geometria, ou seja, diversas alturas de torre, área de seção transversal, além de diferentes materiais. Pode-se escolher se a torre é não estaiada ou se será suportada por tirantes. O aplicativo leva em consideração o efeito da carga estrutural (peso próprio da treliça e tirantes de suporte, além de sua pré-tensão) ao realizar os cálculos.

O aplicativo Linear Buckling of a Truss Tower calcula o modo de flambagem de uma torre com tirantes. O aplicativo Linear Buckling of a Truss Tower calcula o modo de flambagem de uma torre com tirantes.

O aplicativo Linear Buckling of a Truss Tower calcula o modo de flambagem de uma torre com tirantes.

Novo Aplicativo: MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling

Para integração em circuitos microeletrônicos, os dispositivos MEMS são colados à placas de circuito impresso e conectados a outros dispositivos. Então, todo o circuito costuma ser coberto com um composto de moldagem em epóxi (EMC) para proteger os dispositivos e suas interconexões com a placa. Os polímeros de epóxi empregados são sujeitos a absorção de umidade e expansão higroscópica, o que pode levar a delaminação entre o EMC e a placa, ou a comportamentos incorretos dos componentes do MEMS.

O aplicativo MEMS Pressure Sensor Drift simula a variação da deformação medida ao longo do tempo, devido à expansão higroscópica em um sensor de pressão MEMS sujeito a um ambiente úmido. O aplicativo ajuda o projetista a atingir a sensibilidade necessária e minimizar a variação. Isso é feito especificando-se parâmetros geométricos, propriedades do material do composto de moldagem e condições externas.

O aplicativo foi desenvolvido utilizando as interfaces Transport of Diluted Species, Solid Mechanics e Shell do software COMSOL Multiphysics®.

O aplicativo MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling, mostrando resultados de uma simulação de estabilidade de sensor de pressão. O aplicativo MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling, mostrando resultados de uma simulação de estabilidade de sensor de pressão.

O aplicativo MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling, mostrando resultados de uma simulação de estabilidade de sensor de pressão.

Novo aplicativo: Interference Fit

A finalidade do aplicativo Interference Fit Calculator é estudar a conexão em um encaixe por interferência, no qual um tubo se contrai sobre outro tubo. Como o tubo interno é maior do que o espaço disponibilizado pelo tubo externo, o tubo interno é comprimido, ao enquanto que o tubo externo é expandido.

Assim, a pressão de contato resultante dependerá da geometria inicial de ambas as partes. Além disso, o torque e a força transferíveis dependem da força de atrito entre os dois componentes, que é proporcional à pressão de contato.

No aplicativo, pode-se modificar as geometrias do tubo, o tamanho da região de sobreposição e o coeficiente de fricção. Ao fazê-lo, o aplicativo mostra a tensão efetiva na montagem, a pressão de contato na interface entre os dois tubos e a deformação dos dois tubos no diâmetro da interferência.

Resultados das tensões calculadas no aplicativo Interference Fit. Resultados das tensões calculadas no aplicativo Interference Fit.

Resultados das tensões calculadas no aplicativo Interference Fit.

Modelos de Material a Partir de Bibliotecas Programadas Externamente

Uma nova maneira de especificar modelos de material definidos pelo usuário foi incluída na versão 5.2 do COMSOL Multiphysics. Agora, é possível acessar funções de material externas, escritas em código C, compiladas em uma biblioteca compartilhada. Escrevendo uma função de interface em código C, pode-se também usar funções de material escritas em outra linguagem de programação. Isso possibilita programar seus próprios modelos de material e distribuir esses modelos como complementos.

A biblioteca externa pode definir completamente a relação tensão-deformação, ou retornar apenas uma contribuição de deformação inelástica para os modelos de material disponíveis. Usando apenas uma contribuição de deformação inelástica é, por si só, algo muito poderoso. Isso permite a implementação de materiais semelhantes aos modelos de material predefinidos disponíveis como subnós do nó Linear Elastic Material, como por exemplo a plasticidade e fluência. A relação tensão-deformação completa, por outro lado, corresponde a um nó de material de nível mais alto, como o modelo de material Cam-Clay, e é usado para definir um modelo de material a partir do zero.

Dois novos recursos estão disponíveis na interface Solid Mechanics para acomodar essa nova funcionalidade: o modelo de material External Stress-Strain Relation e o subnó External Strain sob o nó Linear Elastic Material.

As opções definidas pelo usuário existentes nos nós Hyperelastic Material, Plasticity e Creep, por exemplo, fornecem uma maneira conveniente, mas mais limitada, para definir seus próprios modelos de material.

Adicione uma External Stress-Strain Relation como o material para alguns domínios. Adicione uma External Stress-Strain Relation como o material para alguns domínios.

Adicione uma External Stress-Strain Relation como o material para alguns domínios.

Contato com Pequenos Deslocamentos Relativos

O COMSOL Multiphysics versão 5.2 introduz um método novo e simplificado para calcular as distâncias nos pares de contato. Pode-se usar essa funcionalidade quando houver pouco deslizamento entre as superfícies de contato, como em uma união por interferência, ou quando dois componentes forem aparafusados. Nesse método, o mapeamento entre a fonte e o destino é calculado apenas uma vez, o que leva a uma convergência mais rápida e mais estável. Para usar esse método, configure o método de mapeamento como Initial configuration na janela de configurações do contact pair.

Ajuste Inicial da Folga de Contato

Às vezes, a discretização por elementos finitos dos contornos curvos faz com que a distância inicial entre os dois contornos de um contact pair tenham irregularidades consideráveis. Agora é possível compensar esse problema por meio de um cálculo predefinido da folga inicial. Essa folga inicial pode, então, ser subtraída na análise subsequente, caso seja marcada a caixa de seleção Force zero initial gap, na janela de configurações Contact, da interface Solid Mechanics.

Tensões causadas pela união por interferência entre o tubo de direção e o assento de coroa em um garfo de bicicleta (do novo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork). Tensões causadas pela união por interferência entre o tubo de direção e o assento de coroa em um garfo de bicicleta (do novo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork).

Tensões causadas pela união por interferência entre o tubo de direção e o assento de coroa em um garfo de bicicleta (do novo tutorial Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork).

Entrada de Matriz de Massa Completa no nó Added Mass

O recurso Added Mass foi estendido, de forma a ser possível inserir uma matriz de massa completa.

Inclusão Opcional de Amortecimento Termoelástico

Agora, no acoplamento de multifísico Thermal Expansion, é possível selecionar se a derivada de tempo das tensões deve agir ou não como fonte de calor no problema de transferência de calor. Marcando a nova caixa de seleção Thermoelastic damping, o problema se tornará acoplado em duas vias quando um problema dependente do tempo for solucionado.

Interpretação de Velocidade/Aceleração Prescritas em Análises Estacionárias

Quando o nó Prescribed Velocity, ou Prescribed Acceleration , estiver presente no modelo, pode-se definir como essas condições de contorno devem ser interpretadas em uma análise estacionária. Elas podem ser tratadas como uma constraint (restrição) ou ignored (livre). Isso é especialmente útil em modelos e aplicativos com diversos tipos de análises misturados, incluindo os tipos frequency-domain, time-dependent e stationary.

Novo modelo: Interference Fit Connection in a Mountain Bike Fork

O encaixe por interferência é uma técnica usada para unir ou encaixar um componente sobre ou em torno de outro componente. O componente interno é arrefecido, de forma a contrair; em seguida, é encaixado. Quando o componente se aquece novamente e se expande, uma pressão de contato surge na interface entre os dois componentes.

Esse tipo de união é simulada em um tutorial exemplo sobre um garfo de mountain bike, no qual o tubo de direção é conectado à coroa de assento. A simulação investiga a pressão de contato e a distribuição de tensões, assim como a força e o torque transferíveis.

Tensões principais máxima e mínima na conexão entre o tubo de direção e a coroa de assento. Tensões principais máxima e mínima na conexão entre o tubo de direção e a coroa de assento.

Tensões principais máxima e mínima na conexão entre o tubo de direção e a coroa de assento.