Simulação estrutural

Após a idealização da solução construtiva e a respetiva modelação 3D no SolidWords, realizaram-se diversas simulações estruturais (no mesmo programa), permitindo a simulação do comportamento dos diversos componentes da estrutura quando sujeitos a cargas equivalentes às cargas reais. Estas simulações fornecem indicações claras do esforço a que os diversos componentes da estrutura estarão sujeitos, permitindo caso seja necessário, a alteração de algumas das geometrias, para minimização da tensão e/ou deformação gerados. Para a realização das simulações estruturais em SolidWorks é importante o cumprimento dos diversos passos essenciais no software, de modo a serem obtidas simulações numéricas representativas do comportamento real da estrutura. Os passos mais importantes seguidos no

software, assim como os parâmetros mais relevantes alvo de especificação são:

1) Indicação dos materiais correspondentes a cada componente da estrutura; 2) Estabelecimento das condições de fixação da estrutura;

3) Criação das condições de contacto entre componentes distintos (com ou sem movimento relativo);

4) Geração da malha tridimensional;

5) Aplicação de cargas equivalentes para uma representação simplificada da estrutura real;

6) Realização da simulação propriamente dita.

Relativamente às condições da fixação da estrutura, estabeleceu-se uma fixação do tipo encastramento para os quatro pilares da base inferior, visto que é a condição fronteira que mais se assemelha à situação real de trabalho (quando a estrutura se encontra fixa ao solo). Este tipo de fixação encontra-se representado, a cor verde, na Figura 84.

130 As condições de contacto estabelecidas entre componentes foram de dois tipos:

7) ‘’no penetration’’(sem penetração): qualquer superfície em contacto direto com outra, e com movimento relativo entre ambas. Como exemplo, este tipo de condição foi estabelecida para o contacto entre a placa móvel da estrutura e as guias.

8) ‘‘bonded’’(ligada): contacto rígido entre componentes, quer por ligações aparafusadas, quer por soldadura ou outro tipo fixação sem movimento relativo.

Relativamente à malha tridimensional estabelecida, optou-se por uma malha standard, com utilização do grau mais fino existente no software. Naturalmente, quanto mais fina é a malha criada, maior número de elementos esta terá e maior será o tempo de simulação, embora com melhores resultados. Na Figura 85 apresentam-se aos parâmetros da malha utilizados, e na Figura 86 encontra-se representada estrutura final já com a malha gerada.

131 O passo seguinte consiste na aplicação das cargas equivalentes. Nesta fase, recorreu-se à aplicação de duas forças idênticas nos apoios da coquilhadora (chumaceiras), forças estas que perfazem um total de 9800 N (≈1000 kg). Este valor estabelecido no software, é a resultante aproximada do peso da coquilhadora e de todos os componentes que estão fixos a esta. A coquilha, os calços da coquilha, o sistema de movimentação dos machos, e outros, constituem alguns exemplos. Na simulação estrutural, o tempo total de simulação aumenta exponencialmente com o aumento do número de componentes da estrutura. Deste modo, optou-se por remover os componentes anteriormente referidos da simulação (substituindo-os por duas forças equivalentes) por uma questão de simplificação da estrutura a simular. As duas forças equivalentes encontram-se representadas, a roxo, na Figura 86.

Figura 86: Representação da estrutura final depois de gerada a malha tridimensional, com aplicação de duas cargas equivalentes (a roxo).

Após a definição dos parâmetros mais importantes que constituem alvo de especificação no

software, realizou-se a simulação estrutural propriamente dita. Através da simulação

obtiveram-se os dados relativos ao valor da tensão e deformação nos diversos componentes da estrutura. Foi realizado um processo iterativo, onde foram sendo corrigidas algumas das espessuras e geometrias envolvidas, nomeadamente a espessura das placas, a espessura e

132 geometria do braço de elevação da placa móvel, assim como o diâmetro das guias, até serem obtidos valores de tensão e deformação admissíveis.

Essencialmente, devido à utilização de aço na maioria dos componentes da estrutura, e sendo o valor da carga aplicada relativamente baixo, o valor da tensão máxima registada está claramente abaixo da tensão limite de elasticidade do aço utilizado nos componentes da simulação (≈ 620 MPa). Ao longo desta secção serão apresentados os registos da última simulação estrutural realizada no SolidWorks, sendo dada especial atenção às zonas onde os esforços se revelam mais elevados. A Figura 87 apresenta a vista geral da distribuição de tensões na parte superior da estrutura, que permite verificar o valor máximo da tensão de von Misses registada (29,3 MPa). Na Figura 87 estão ainda destacadas as três zonas que registam a tensão mais elevada em toda a estrutura: contacto entre a placa móvel da estrutura e as guias (zona ‘’A’’), contacto entre as guias e a base da estrutura (zona ‘’B’’) e no contacto entre a haste roscada do cilindro e o braço de elevação (zona ‘’C’’). Para cada um dos três locais referidos, existe um ‘’ponto de prova’’ da tensão registada.

Figura 87: Vista global da distribuição de tensões na parte superior da estrutura, com as três zonas que registam a tensão mais elevada (‘’A’’, ‘’B’’ e ‘’C’’).

A

C

133 Relativamente à deformação resultante da estrutura, o máximo valor registado é relativamente baixo e igual 0,6 mm, dado para as zonas onde se situam os apoios da coquilhadora. O campo de deformações da estrutura encontra-se apresentado na Figura 88. .

Figura 88: Vista global do campo de deformações da estrutura.

Enviou-se um pedido de orçamento da estrutura idealizada, sendo que o preço para a sua construção se situa entre 15000 e 20000€. Incluindo o valor do forno e da coquilhadora, o preço total do conjunto rondará os 50000€, valor bastante inferior ao custo médio de uma unidade de FCBP tipicamente comercializada no mercado, onde o seu custo se situa entre 200000 e 300000€.

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4. Conclusão e Sugestão de Trabalhos Futuros