Forças de fluidos, efeitos térmicos, integridade estrutural e radiação eletromagnética podem afetar o desempenho de um produto.
Nesse sentido, a simulação multifísica pode verificar e validar as interações entre essas físicas desde o início do processo de desenvolvimento do produto. Dessa forma, é mais fácil resolver quaisquer questões ou problemas antes que um produto chegue ao mercado.
Saiba mais sobre o assunto neste artigo!
Entenda o que é simulação multifísica
A simulação multifísica é uma abordagem computacional usada para modelar e analisar sistemas complexos que envolvem múltiplas físicas. Ela permite a integração de diferentes fenômenos físicos, como mecânica, eletricidade, magnetismo, fluidos, calor, acústica, óptica, entre outros, em um único ambiente de simulação.
Essa tecnologia é baseada em técnicas de modelagem matemática e métodos numéricos que permitem descrever e simular o comportamento de sistemas físicos complexos. Isso permite que os engenheiros e cientistas considerem os efeitos de diferentes fenômenos físicos interagindo entre si, o que é crucial para entender o comportamento real de muitos sistemas.
Software de simulação multifísica
O software de simulação multifísica permite que engenheiros utilizem um projeto e explorem como eles reagirão a certas situações do mundo real em um ambiente virtual.
Tradicionalmente, diferentes forças e cargas costumam ser testadas separadamente, mas essa abordagem não fornece uma previsão precisa quando duas ou mais variáveis afetam uma à outra.
Nesse sentido, um método de simulação multifísica considera quaisquer interdependências entre múltiplas forças para fornecer uma previsão mais precisa do comportamento de uma peça, componente ou máquina, por exemplo.
Então, com máquinas cada vez mais complexas sendo projetadas e construídas, a simulação multifísica é mais rápida e garante um resultado final ideal, visto que elimina ou reduz a necessidade de testes e prototipagem física, ajudando a melhorar a velocidade geral de entrega.
Indústrias onde a simulação multifísica é aplicada
A simulação multifísica é aplicada em uma ampla gama de setores e indústrias. Conheça as principais aplicações desse tipo de simulação.
Indústria automotiva
A simulação multifísica pode ser usada para modelar o fluxo de ar em torno de um veículo, considerando os efeitos do movimento das rodas e suspensão, a interação entre o fluxo de ar e a carroceria com as consequências impactando na vibração e propagação do ruído, as forças e deformações que o fluxo de ar causa nos componentes da carroceria, entre outros fatores.
Essa abordagem integrada permite uma compreensão mais precisa do comportamento do veículo como um todo ao invés de simulações separadas, ajudando a otimizar seu projeto.
Engenharia de produtos
A simulação multifísica é frequentemente usada no desenvolvimento de produtos para prever o comportamento e o desempenho de componentes e sistemas em condições reais. Isso inclui simulações de mecânica estrutural, dinâmica de fluidos, transferência de calor e dinâmica dos movimentos dos corpos, entre outras áreas.
Indústria de energia
Na indústria de energia, a simulação multifísica é empregada em áreas como geração de energia, incluindo usinas nucleares, termelétricas e eólicas. Ela auxilia na análise de sistemas de transferência de calor, fluxo de fluidos, otimização de turbinas eólicas e previsão de desgaste em equipamentos.
Indústria de eletrônicos
A simulação multifísica é usada no projeto e análise de componentes eletromagnéticos, circuitos eletrônicos, placas de circuito impresso (PCBs) e dispositivos semicondutores. Ela permite a análise do comportamento térmico, elétrico e magnético, e auxilia na otimização do design e na redução de interferências eletromagnéticas.
Indústria de manufatura
Na fabricação de produtos, a simulação multifísica pode ser aplicada para otimizar os processos de fundição, moldagem por injeção, estampagem, soldagem, entre outros. Ela auxilia na previsão de deformações, tensões residuais, distribuição de temperatura e qualidade do produto final.
Vantagens da simulação multifísica
A simulação multifísica é uma abordagem poderosa na modelagem e análise de sistemas complexos que envolvem interações entre diferentes fenômenos físicos. Essa técnica permite combinar várias disciplinas da física, como mecânica, eletromagnetismo, termodinâmica, fluídica, entre outras, em um único modelo computacional. As vantagens da simulação multifísica incluem:
- Compreensão abrangente de um sistema: Ao combinar várias disciplinas físicas em uma simulação, é possível obter uma compreensão mais completa e precisa do comportamento do sistema estudado. Isso permite avaliar como diferentes fenômenos físicos se influenciam mutuamente e como suas interações afetam o desempenho global.
- Economia de tempo e recursos: A simulação multifísica permite que os engenheiros e cientistas realizem experimentos virtuais em vez de experimentos físicos, economizando tempo e recursos significativos. A abordagem reduz a necessidade de construir protótipos físicos, realizar testes e repetir ensaios em diferentes condições.
- Identificação de interações complexas: Em sistemas complexos, as interações entre diferentes fenômenos físicos podem ser difíceis de identificar e compreender com ensaios de protótipos. A simulação multifísica facilita a visualização e a análise dessas interações, permitindo que os pesquisadores identifiquem comportamentos inesperados ou não intuitivos.
- Projeto otimizado e melhorado: Com a simulação multifísica, é possível realizar uma análise detalhada de várias soluções de projeto sem a necessidade de construir cada protótipo fisicamente. Isso leva a um projeto mais otimizado, uma vez que as soluções podem ser avaliadas e comparadas em termos de desempenho multifísico.
- Predição do comportamento em condições extremas: A simulação multifísica permite testar o comportamento do sistema em condições extremas, que podem ser difíceis ou perigosas de replicar fisicamente. Isso é particularmente útil em aplicações de engenharia aeroespacial, nuclear, automotiva, entre outras.
- Inovação e desenvolvimento de produtos: Ao possibilitar uma análise mais aprofundada e detalhada do comportamento do sistema, a simulação multifísica estimula a inovação e o desenvolvimento de novos produtos e tecnologias, especialmente em setores de ponta.
- Análise de fenômenos acoplados: Em muitos sistemas reais, os fenômenos físicos estão intimamente acoplados. Por exemplo, o calor gerado por um componente eletrônico pode afetar o fluxo de ar em torno dele. A simulação multifísica permite modelar esses fenômenos acoplados de forma mais precisa.
- Análise de tolerâncias: A simulação multifísica pode ser usada para estudar o impacto das variações de tolerância nas características do sistema. Isso é especialmente relevante em sistemas de fabricação e montagem, onde as variações são inevitáveis.
Em resumo, a simulação multifísica é uma ferramenta essencial para engenheiros e cientistas que desejam entender melhor o comportamento complexo de sistemas físicos, otimizar projetos, economizar tempo e recursos, e desenvolver produtos inovadores.
Simulação multifísica na prática
O Simcenter STAR-CCM+ é um software de simulação multifísica que permite aos engenheiros modelar e explorar as possibilidades de produtos operando em condições do mundo real.
A poderosa ferramenta inclui pré-processamento por meio de malha, modelagem multifísica, análise de dados e visualização realística.
Como o Simcenter STAR-CCM+ abrange a física muito além do fluxo de fluidos e da transferência de calor, a plataforma de resolução é totalmente integrada e permite que você execute as mais complexas simulações.
Quer ver na prática? Entenda como é realizado o acoplamento entre os resultados das simulações de fluidos (CFD) e de estruturas (FEA), com possibilidades de interação 1 e 2 vias, para resolver problemas multifísicos no vídeo abaixo.
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