As conexões entre diferentes componentes mecânicos são uma parte essencial do projeto de qualquer sistema. Desde simples parafusos até complexas soldas, do quadro de uma bicicleta até a fuselagem de um avião, não seria exagero dizer que é impossível realizar qualquer projeto sem esses elementos.
Embora normalmente presentes na fase de concepção/CAD do produto, em muitos casos esses elementos são desconsiderados na análise pelo método dos elementos finitos. O principal motivo é a complexidade de representação desses elementos em relação à precisão que eles acrescentariam para análise.
Para entender melhor essa situação, vamos considerar um caso de estudo como exemplo.
Caso 1: chapa de alumínio de avião
Sabemos que no avião real esses paineis provavelmente estarão sujeito a um conjunto complexo de carregamentos – ciclos de tração e compressão, flexão, fadiga, entre outros. Como comentado anteriormente, é o inicio do projeto, e queremos apenas algumas dimensões como um “norte” para a fase de concepção. Decidimos fazer, então, uma análise estática em flexão de uma dessas chapas. Podemos notar que elas são fixadas na estrutura da aeronave por meio de alguns rebites.
No momento da análise, é razoável afirmar que uma restrição do tipo engaste acarretaria o mesmo resultado (ou ao menos em um resultado próximo o suficiente) que a representação dos rebites. Além disso, é muito mais fácil aplicar uma restrição do que uma conexão na maioria dos programas de MEF (Método dos Elementos Finitos). Para uma avaliação inicial de resultados, o modelo parece bom o suficiente.
Caso 2: o avião
Consideremos então que avançamos no tempo e o projeto está se encaminhando para sua fase final. O avião está quase pronto, e é necessário fazer a análise da fuselagem completa da aeronave, algo como o mostrado na figura a seguir:
A fuselagem do avião é uma estrutura muito complexa – existem milhares de pontos de solda, parafusos, adesivos, rebites, etc. Cada elemento possui propriedades físicas únicas como massa, rigidez e fator de amortecimento modal. Com base nisso, seria plausível considerar que a não-representação desses elementos na estrutura ofereceria um modelo comparável do real comportamento desse sistema? Em um caso tão crítico quando o de um avião, isso seria pouco provável – e, até mesmo, uma consideração imprudente. Dessa maneira, a relação entre a complexidade de representação necessária e a precisão acrescentada à análise é alta e vale o custo computacional.
Para certas situações, logo, é imperativo o uso de conectores.
Sabendo-se disso, no entanto, outra questão surge: como, de fato, fazer a representação desses elementos na análise por elementos finitos? Essa é uma pergunta que depende de vários fatores, mas talvez um dos mais decisivos seja o software utilizado.
Software de Elementos Finitos
No caso do pacote HyperWorks, da Altair – o software utilizado pela OTMZA e por empresas como BMW, Airbus, Daimler, Fiat, Scania e Renault para as análises MEF – temos uma boa notícia para essa pergunta: a classe de objetos “connectors”. Os “connectors” (conectores) são representações em MEF de elementos de conexão usuais – como soldas, parafusos, adesivos, dentre outros. Suas propriedades são criadas de modo tanto a garantir a representação fiel da física do elemento mecânico utilizado, bem como facilitar o processo de customização das conexões de acordo com a necessidade do cliente.
