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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.