No desenvolvimento de produtos, tomar decisões ainda nas primeiras etapas do projeto pode fazer toda a diferença. Quanto mais cedo for possível entender como uma estrutura irá se comportar em condições reais, maior é a capacidade de identificar problemas, avaliar alternativas e otimizar o projeto antes de chegar à fabricação e aos testes físicos.
É nesse cenário que a simulação por elementos finitos ganha espaço. Em vez de depender exclusivamente de protótipos físicos para validar um projeto, as equipes de engenharia podem utilizar modelos virtuais para investigar diferentes condições, reduzir ciclos de testes e tomar decisões com mais informação.
Dentro desse contexto está o Femap, uma solução voltada à modelagem por elementos finitos (FEA), desenvolvida para oferecer um ambiente de simulação independente, flexível e integrado a diferentes fluxos de engenharia. O software combina recursos de preparação de geometria, geração de malha, definição de materiais, cargas e restrições, processamento e análise dos resultados.
Por que levar a simulação para mais perto do projeto?
A utilização da simulação modifica a dinâmica tradicional do desenvolvimento de produtos.
Em um processo sem simulação, o projeto passa por etapas de concepção, desenvolvimento, validação e produção, muitas vezes dependendo de protótipos físicos para verificar seu comportamento.
Com a simulação incorporada ao processo, análises podem ser realizadas ainda durante as etapas de conceito e projeto. Isso aumenta o tempo dedicado à análise e às iterações virtuais, mas pode reduzir significativamente a necessidade de testes físicos e protótipos. O material da Siemens destaca justamente essa relação entre o investimento em análise e a redução do tempo e dos custos associados à validação física.
Mais do que validar um projeto, a simulação permite investigar diferentes possibilidades: alterações de geometria, materiais, espessuras e condições de carregamento podem ser avaliadas virtualmente para apoiar decisões de engenharia.
Isso abre espaço para uma abordagem de Simulation Driven Design, na qual o comportamento do produto é analisado mais cedo, mais iterações podem ser avaliadas durante o desenvolvimento e especialistas de análise e engenharia de projeto podem trabalhar de forma mais integrada.
Femap: um ambiente independente para modelagem por elementos finitos
O Femap foi concebido como um ambiente independente e centrado em malha para modelagem por elementos finitos. Seu fluxo contempla desde a preparação e idealização da geometria até a aplicação de cargas e restrições, geração da malha e interpretação dos resultados.
Um dos diferenciais apresentados pela Siemens é justamente sua abordagem aberta.
O Femap é independente de CAD, utilizando o kernel de modelagem Parasolid, e pode trabalhar com dados provenientes de diferentes sistemas CAD. Também é independente de solver, permitindo acessar diferentes solvers comerciais dentro do mesmo ambiente de modelagem e revisão de resultados.
Na prática, isso permite aproveitar modelos existentes sem a necessidade de recriar toda a geometria para iniciar uma análise. A apresentação destaca suporte a formatos e sistemas como Parasolid, ACIS, STEP, IGES, VDA e DXF, além de sistemas CAD como Solid Edge, SolidWorks, CATIA, NX, Pro/Engineer e Autodesk.
Essa flexibilidade é especialmente relevante em ambientes nos quais diferentes ferramentas CAD fazem parte do mesmo processo de desenvolvimento.
Preparação da geometria: uma etapa essencial da simulação
Antes de gerar uma malha, é necessário preparar adequadamente a geometria.
Detalhes pequenos, superfícies muito estreitas, curvas curtas, gaps e outras características podem dificultar a criação de uma malha adequada. Por isso, o Femap conta com ferramentas voltadas à identificação e correção desses problemas.
O Meshing Toolbox permite localizar geometrias problemáticas, manipulá-las e prepará-las para a geração da malha. Entre os recursos apresentados estão a combinação de curvas e superfícies, remoção ou supressão de pequenos detalhes e divisão estratégica de superfícies.
O software também oferece recursos para trabalhar com regiões que precisam ser preparadas especificamente para determinados tipos de malha, incluindo ferramentas como Geometry Splitters, Offset Curves, Washer e Pad.
Esse processo é importante porque uma geometria bem preparada contribui diretamente para uma modelagem mais eficiente e para a qualidade do modelo de elementos finitos.
Modelagem e geração de malha
Depois da preparação da geometria, entra em cena uma das etapas fundamentais da análise por elementos finitos: a criação da malha.
O Femap oferece ferramentas para diferentes estratégias de modelagem, incluindo elementos 1D, 2D e 3D, além de recursos para geração de malhas tetraédricas e hexaédricas. Ainda há recursos de refinamento interativo, transição automática e atualização de malhas de casca e linha.
Outro recurso importante é a possibilidade de trabalhar com modelos de paredes finas por meio da extração do mid-plane. Nesse processo, uma geometria sólida de parede fina pode ser transformada em um modelo baseado em elementos de casca, reduzindo o tamanho do modelo e tornando-o mais adequado para determinadas análises.
O Femap também disponibiliza ferramentas de verificação do modelo e da malha antes da análise. É possível verificar qualidade dos elementos, nós coincidentes, elementos coincidentes, faces e arestas livres, além de cargas, restrições, forças e propriedades de massa.
Assim, a preparação do modelo não fica restrita à geração da malha: ela também envolve verificar se o modelo está consistente para seguir para a etapa de solução.
Modelagem de conjuntos e diferentes condições de contato
Em muitos projetos, analisar um componente isoladamente não é suficiente. O comportamento estrutural depende da interação entre diferentes componentes de uma montagem.
Para esses casos, o Femap oferece recursos de modelagem de assemblies e contatos, incluindo contatos lineares e não lineares, com ou sem atrito, conexões coladas, soldas, elementos de fixação e conexões aparafusadas com pré-carga. O software também pode realizar a detecção automática de contatos durante a preparação do modelo.
Com isso, é possível representar de forma mais próxima do comportamento esperado as interações entre os componentes de uma estrutura e avaliar como as cargas são transferidas pelo conjunto.
Do modelo à análise
A flexibilidade do Femap também aparece na relação com os solvers.
A solução foi desenvolvida para trabalhar com diferentes solvers comerciais, permitindo que o usuário permaneça no mesmo ambiente para preparar o modelo, executar ou encaminhar a análise e posteriormente revisar os resultados. Entre os solvers apresentados estão NX Nastran, MSC Nastran, Autodesk Nastran, ANSYS, Abaqus, LS-DYNA, TMG e Adina, entre outros.
O NX Nastran possui um nível elevado de integração com o Femap e pode ser utilizado em conjunto com a solução para ampliar as possibilidades de análise.
Entre as capacidades apresentadas para a configuração básica estão análises como:
- Estática linear;
- Modos normais;
- Flambagem;
- Transferência de calor;
- Não linearidade básica;
- Contato linear;
- Conexões coladas;
- Conectores CWELD;
- Pré-carga em parafusos.
A arquitetura também permite ampliar as capacidades de análise conforme a necessidade do projeto, com extensões voltadas a dinâmica, otimização de projeto, análises não lineares avançadas, dinâmica de rotores e outras aplicações.
Mais do que calcular: interpretar os resultados
Uma análise só gera valor quando os resultados podem ser compreendidos e utilizados para orientar decisões.
Por isso, o Femap reúne recursos de pós-processamento voltados à investigação do comportamento do modelo. Entre eles estão formas deformadas, contornos, animações, visualização de corpos livres, planos de corte dinâmicos, isosuperfícies, seleção de resultados e ferramentas para análise de forças.
O software também permite organizar diferentes conjuntos de resultados em Analysis Studies, facilitando a análise de diferentes etapas, casos de carregamento ou resultados de uma mesma simulação.
Outro recurso é o Results Enveloping, que permite combinar resultados de diferentes casos de carga para identificar, por exemplo, os estados de tensão mais críticos ao longo do modelo.
Essa capacidade de transformar grandes volumes de dados de simulação em informações mais fáceis de interpretar é parte importante do processo de engenharia.
Automação para tornar o processo mais eficiente
Quando a simulação passa a fazer parte da rotina de desenvolvimento, atividades repetitivas podem consumir uma parcela significativa do tempo da equipe.
O Femap oferece recursos de automação justamente para esse cenário. O Stress Wizard, por exemplo, orienta o usuário por etapas de uma análise estática, passando pela definição de propriedades e materiais, cargas e restrições, solução com NX Nastran e revisão dos resultados.
Também é possível utilizar Program Files para registrar e reproduzir sequências repetitivas de comandos.
Para fluxos mais personalizados, o Femap disponibiliza uma Application Programming Interface (API), permitindo acessar objetos e funcionalidades do software, integrar aplicações de terceiros e desenvolver automações específicas.
Uma solução para diferentes níveis de complexidade
O Femap foi estruturado para acompanhar diferentes necessidades dentro da simulação.
A solução pode ser utilizada como ambiente independente de pré e pós-processamento, trabalhando com um solver separado, ou integrada ao NX Nastran em uma configuração que reúne modelagem e análise. Também existem extensões para análises avançadas, otimização, dinâmica, rotores, análises térmicas e CFD.
Essa escalabilidade permite que o ambiente de simulação evolua junto com as demandas dos projetos, sem limitar o processo a um único tipo de análise.
Simulação como parte da evolução da engenharia
A simulação por elementos finitos deixou de ser apenas uma etapa de validação próxima ao final do desenvolvimento. Quando incorporada desde as fases iniciais, ela pode apoiar a investigação de diferentes alternativas, antecipar problemas e ampliar a quantidade de iterações que podem ser avaliadas antes da fabricação.
É justamente nessa visão que o Femap se posiciona: um ambiente aberto para modelagem por elementos finitos, com recursos para preparação de geometria, geração e verificação de malha, modelagem estrutural, integração com diferentes solvers, pós-processamento e automação.
Para a engenharia, isso significa mais possibilidades para entender o comportamento de um produto antes que ele exista fisicamente — e transformar os resultados da simulação em decisões mais bem fundamentadas ao longo do desenvolvimento.
Na PLMX, acreditamos que a tecnologia de simulação tem um papel fundamental para aproximar projeto, análise e inovação. O Femap é mais uma ferramenta que amplia esse caminho, conectando diferentes etapas do processo de engenharia em um ambiente flexível e preparado para diferentes desafios.
