Atualizações do Structural Mechanics Module

Para usuários do Structural Mechanics Module, a versão 5.2a do COMSOL Multiphysics® traz uma nova interface Magnetostriction para a modelagem de uma ampla gama de sensores e ativadores, uma interface Poroelasticity para facilitar o acoplamento das equações de escoamento de fluidos e mecânica dos sólidos, bem como uma funcionalidade para simular adesão e descoesão para analisar o comportamento de objetos que aderem uns aos outros ou se desprendem. Veja abaixo mais detalhes sobre as atualizações no Structural Mechanics Module.

Nova Interface Magnetostriction

Uma nova interface Magnetostriction foi introduzida. Com essa funcionalidade, pode-se modelar uma ampla gama de sensores e atuadores baseados nos princípios de magnetostrição. Um efeito magnetostrictivo, o efeito Joule, descreve a mudança no comprimento devido a uma mudança no estado de magnetização do material. Este efeito é usado em transdutores para aplicações de sonares, dispositivos acústicos, sistemas de injeção de combustível, de controle de posição e de controle ativo de vibração. O efeito inverso é responsável pela mudança na magnetização devido à tensão mecânica no material. Esse efeito é conhecido como o efeito Villari e é útil em sensores.

Quando a interface Magnetostriction é adicionada a um modelo, são criadas as interfaces Solid Mechanics; Magnetic Fields; e o acoplamento multifísico Magnetostriction ou uma série de nós. Na interface Solid Mechanics, um novo modelo de material, Magnetostrictive Material, foi adicionado e conta com três formulações diferentes: Cristal cúbico não linear, não linear isotrópico e linear. Na interface Magnetic Fields, o novo recurso mpère’s law, Magnetostrictive é usado ao se modelar um material magnetostrictivo.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para um exemplo que usa a nova interface Magnetostriction com o modelo de material isotrópico não linear:

Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction

OBSERVAÇÃO: Para modelar o comportamento magnetostrictivo, é necessário o AC/DC Module junto com o Structural Mechanics Module, MEMS Module ou Acoustics Module.

O exemplo *Nonlinear Magnetostrictive Transducer *, encontrado na Biblioteca de Aplicações, usa o modelo de material isotrópico não linear. O exemplo *Nonlinear Magnetostrictive Transducer *, encontrado na Biblioteca de Aplicações, usa o modelo de material isotrópico não linear.
O exemplo *Nonlinear Magnetostrictive Transducer *, encontrado na Biblioteca de Aplicações, usa o modelo de material isotrópico não linear.

Nova Interface Poroelasticity

Há um novo acoplamento multifísico entre Solid Mechanics e Darcy’s Law. Ao adicionar uma interface Poroelasticity na versão 5.2a do COMSOL Multiphysics®, essas duas interfaces físicas separadas e o acoplamento multifísico são criados como uma série de nós. Isso possibilita acesso a todas as funcionalidades disponíveis nas interfaces. Como um exemplo, agora é possível modelar a poroplasticidade adicionando um nó Soil Plasticity à interface Solid Mechanics.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para um exemplo que usa a nova interface Poroelasticity:

Subsurface_FlowModule/Flow_and_SolidDeformation/multilateral_well

Distribuição de tensões em uma análise poroelástica, a partir do Modelo Tutorial Failure of a Multilateral Well da Biblioteca de Aplicações. Distribuição de tensões em uma análise poroelástica, a partir do Modelo Tutorial Failure of a Multilateral Well da Biblioteca de Aplicações.
Distribuição de tensões em uma análise poroelástica, a partir do Modelo Tutorial Failure of a Multilateral Well da Biblioteca de Aplicações.

OBSERVAÇÃO: Para modelar o comportamento poroelástico, o Subsurface Flow Module deve ser usado ou uma combinação do Structural Mechanics Module e um módulo complementar para escoamento de fluidos que suporte a interface Darcy’s Law.

Modelagem de Adesão e Descoesão

Usando o novo sub-nó Adhesion do nó Contact, é possível analisar vários processos de manufatura que envolvem partes que aderem umas às outras ou se desaderem. Os contornos em contato aderem entre si quando determinados critérios são preenchidos. Os critérios podem incluir a pressão de contato, a distância de separação ou uma expressão arbitrária definida pelo usuário. Essa expressão pode, por exemplo, ser baseada na temperatura de um estudo de transferência de calor. Também é possível especificar as propriedades elásticas da camada virtual de aderência.

Dois contornos que são unidos pela aderência podem se separar novamente se uma lei de desaderência for especificada. Na janela Settings do sub-nó Adhesion, também é possível selecionar Decohesion. Há três leis diferentes de desaderência que estão incluídas neste sub-nó: Linear, Polinomial e Multilinear. As leis de desaderência permitem uma combinação de modos de desaderência com propriedades independentes para as direções normal e tangencial, uma técnica que também é conhecida como modelo de zona de aderência (CZM, cohesive zone model).

Caminho da Biblioteca de Aplicativos para um exemplo que mostra a modelagem de desaderência:

Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding

Um exemplo de adesão. O cilindro entra em contato com a superfície, deformando-a, adere a ela e permanece aderido quando retorna à posição original. Um exemplo de adesão. O cilindro entra em contato com a superfície, deformando-a, adere a ela e permanece aderido quando retorna à posição original.
Um exemplo de adesão. O cilindro entra em contato com a superfície, deformando-a, adere a ela e permanece aderido quando retorna à posição original.

Condições Periódicas para Cascas

Uma nova condição de contorno Periodic Condition foi adicionada à interface Shell e é similar à condição de contorno correspondente encontrada na interface Solid Mechanics. Ela permite a modelagem eficiente de estruturas periódicas por meio do acoplamento de contornos correspondentes. Há cinco seleções diferentes para o tipo de periodicidade: Continuity; Antiperiodicity; Floquet periodicity; Cyclic symmetry; e User defined.

Usando condições periódicas, é necessário apenas um setor de 60 graus  para resolver este modelo. Usando condições periódicas, é necessário apenas um setor de 60 graus para resolver este modelo.
Usando condições periódicas, é necessário apenas um setor de 60 graus para resolver este modelo.

Elementos do Tipo Serendipity

Elementos do tipo Serendipity foram adicionados às interfaces Solid Mechanics e Membrane para complementar o tipo Lagrangiano. Para modelos com elementos predominantemente hexaédricos, o uso de elementos de do tipo Serendipity proporciona melhorias significativas de desempenho, soluções mais rápidas e menor uso de memória. O uso de elementos de serendipity agora é padrão quando há adição de novas interfaces de física.

Este modelo é solucionado usando uma malha estruturada. O tempo para resolução foi reduzido pela metade com a seleção da opção serendipity element.

Este modelo é solucionado usando uma malha estruturada. O tempo para resolução foi reduzido pela metade com a seleção da opção serendipity element.

Este modelo é solucionado usando uma malha estruturada. O tempo para resolução foi reduzido pela metade com a seleção da opção serendipity element.

Novos Métodos para Inserção de Dados de Expansão Térmica

Agora há três maneiras diferentes para inserir dados sobre a expansão térmica dos materiais:

  1. Como coeficiente de expansão térmica tipo secante. Este é o método padrão e o único método disponível nas versões anteriores.

  2. Como coeficiente de expansão térmica tipo tangente (termodinâmico)

  3. Especificando explicitamente a deformação térmica como uma função da temperatura.

Ao selecionar a opção apropriada, pode-se usar diferentes tipos de dados medidos sem necessidade de conversões. As novas opções estão disponível nas interfaces Solid Mechanics, Membrane e Truss.

A opção do coeficiente de expansão térmica tipo secante é usada para computar deformação total quando a temperatura é alterada a partir de determinada temperatura de referência, . A opção do coeficiente de expansão térmica tipo tangente fornece informações sobre a sensibilidade da deformação térmica em relação à temperatura: . Na temperatura de referência, os dois valores coincidem.

Os coeficientes Secante e Tangente de expansão térmica (CTEs) para o ouro, nos quais a temperatura do ambiente é usada como uma referência livre de deformação. Os coeficientes Secante e Tangente de expansão térmica (CTEs) para o ouro, nos quais a temperatura do ambiente é usada como uma referência livre de deformação.
Os coeficientes Secante e Tangente de expansão térmica (CTEs) para o ouro, nos quais a temperatura do ambiente é usada como uma referência livre de deformação.

Expansão Térmica de Restrições

Agora é possível expandir as condições de restrição, como a Fixed Constraint e a Prescribed Displacement, usando um sub-nó Thermal Expansion. Isso possibilita o alívio de tensões induzidas por restrições quando a estrutura circundante, idealizada pelas restrições, não é mantida a uma temperatura fixa. Da mesma forma, um sub-nó Thermal Expansion foi adicionado aos nós Rigid Connector e Attachment, permitindo a expansão térmica desses objetos, normalmente rígidos. Ao usar este recurso, especifica-se o coeficiente de expansão térmica e a distribuição de temperatura do entorno não modelado da estrutura. As deformações térmicas causadas por esses fatores são integradas para a obtenção de um campo de deslocamentos, que é adicionado à restrição.

O efeito da adição da expansão térmica a uma restrição fixa. O efeito da adição da expansão térmica a uma restrição fixa.
O efeito da adição da expansão térmica a uma restrição fixa.

Sistema de Coordenadas para Cascas

O sistema de coordenadas local que é aplicado à interface Shell foi aprimorado. A migração da definição dos sistemas de coordenadas local para um sub-nó, Shell Local System, que está localizado sob o nó Linear Elastic Material, facilitou significativamente o uso de diferentes orientações de materiais com os mesmos dados.

Um novo nó, Shell Local System, também é criado sob Definitions quando uma interface Shell é adicionada. Esse sistema contém as orientações locais para todos os contornos nos quais a interface Shell está definida e pode ser referenciado, por exemplo, ao configurar acoplamentos multifísicos

Dois sistemas de coordenadas locais diferentes, um para a superfície cilíndrica e outro para a superfície plana. Dois sistemas de coordenadas locais diferentes, um para a superfície cilíndrica e outro para a superfície plana.
Dois sistemas de coordenadas locais diferentes, um para a superfície cilíndrica e outro para a superfície plana.

Atualizações nas Camadas Perfeitamente Casadas (PMLs)

Diversas opções foram adicionadas ao recurso Perfectly Matched Layer para permitir a personalização de propriedades da camada:

  • A opção Enable/disable PMLs nos solvers é útil para modelagem de problemas de dispersão, onde a fonte é um campo computado;
  • A opção de tipo de geometria definida pelo usuário está disponível se a PML tiver uma geometria não padrão e também pode ser usada se o recurso de detecção automática da geometria da PML falhar;
  • É possível escolher funções de estiramento de coordenadas definidas pelo usuário, para definir o crescimento da PML. Isso permite adaptar o crescimento dentro de uma PML para, por exemplo, absorver ondas de maneira muito eficiente em configurações físicas específicas.

Novo aplicativo: Bike Frame Analyzer

A confiabilidade de um quadro de bicicleta pode ser estimada analisando as tensões estruturais atingidas em função de diferentes casos de carregamento. Este aplicativo usa o LiveLink™ for SOLIDWORKS® para atualizar a geometria de forma interativa enquanto realiza análises de tensões. Usando esse aplicativo, consegue-se facilmente testar diferentes configurações de um quadro de bicicleta para diferentes casos de dimensão, material e cargas. O aplicativo calcula a distribuição de tensões e a deformações do quadro com base nas dimensões estruturais, nos materiais e nas cargas/restrições do quadro da bicicleta.

Para manter controle do projeto CAD analisado quando a geometria no aplicativo é atualizada a partir de um documento SOLIDWORKS®, o aplicativo exibe as informações do arquivo CAD, tais como a data e o horário da última atualização, bem como o nome do documento, sua configuração e status de exibição. É possível manipular as dimensões da geometria do quadro, tais como head angle, seat angle, comprimento do top tube, base bottom drop, chainstay, wheelbase e stack. Também é possível definir as propriedades do material como sendo alumínio, aço, titânio ou outra que você especificar. Carregamentos e restrições também podem ser especificados. O aplicativo permite especificar um fator máximo aceitável para as tensões onde um valor de controle para a tensão efetiva é calculado para um dado caso de carregamento.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para o aplicativo Bike Frame Analyzer:
LiveLink_for_Soldiworks/Applications/bike_frame_analyzer_llsw
Structural_Mechanics Module/Applications/bike_frame_analyzer_llsw

A interface do usuário do aplicativo Bike Frame Analyzer mostrando a tensão efetiva em um  quadro com um ângulo de pedivela de 180 graus.

A interface do usuário do aplicativo Bike Frame Analyzer mostrando a tensão efetiva em um quadro com um ângulo de pedivela de 180 graus.

A interface do usuário do aplicativo Bike Frame Analyzer mostrando a tensão efetiva em um quadro com um ângulo de pedivela de 180 graus.

*OBSERVAÇÃO: Para executar esse aplicativo, é preciso ter o LiveLink™ for SOLIDWORKS® e o Structural Mechanics Module.

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