Apostila Patran, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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IPatran - .Aplica~oes Praticas

• ---+ INTRODU(:'AO............................................ iNDICE
• ~ ELEMENTOS DO TIPO BARRA..............................................................•....•....•....•.....................
• ~ ELEMENTOS DO TIPO VIGA E PORTICO................................................................................
• ~ ANALISE DE EIXOS DE TRANSMISSAO COM ELEMENTOS BEAM..................................
• ~ ELEMENTOS BIDIMENSIONAIS........................................
• ~ COMANDO "ASSOCIATE"......•.....................................
• ~ ELEMENTOS DO TIPO RiGIDO E ELEMENTOS TRIDIMENSIONAIS...............................
  • ~ APENDICE 1- SIMULA(:,AO DE EIXOS DE TRANSMISSAO.........................................•.......
• ~ APENDICE II - APLICA(:,OES COM ELEMENTOS RiGIDOS................................................
  • ~ APENDICE III - SITES E LINKS INTERESSANTES................................................................

lntro d uf ii o Patran - Aplica~oes Praticas

Generalizando, existem tres fases comuns a todas as tarefas em pr ogramas CAE:

1. Pre-processamento - Definic;ao do modelo geometrico do objeto e dos fatores ambientais, a partir dos quais se obtem os dados necessarios para se poder analisar 0 seu comportamento. 0 modelo geometrico po de variar de mais a menos complexo, em func;ao da dificuldade que apresenta a geometria real do obj eto, ou da capacidade computacional que 0 hardware disponibiliza;
2. Processamento - Desenvolvimento dos ca1culos te6ricos e tecnicos envolvendo a teoria dos elementos finitos;
3. P6s-processamento - Ilustrac; ao e visualizac; ao dos resultados obtidos na fo rma de graficos e/ou espectros de cores sobre a geometri a. Vma das ferramentas mais conhecidas, 0 Patran, da empresa MSC, sera 0 alvo do treinamento apresentado. PATRAN

o Patran e urn interativo programa de pre e p6s-processamento, que utiliza 0 metodo dos

elementos finitos - F EM para simular problemas de engenllaria. E urn sistema que auxilia 0 engenheiro a, virtualmente, conceituar, desenvolver e validar suas ideias e projetos. Ferramenta padrao das maiores empresas do seto r, 0 Patran integra diversos criterios e processos, do desenvolvimento de urn produto, em urn simples ambiente.

Para os profissionais que estimam reduzir 0 tempo e 0 custo nas validac;oes de projeto, 0 Patran e uma excelente soluc;ao. Pois atraves da definic;ao, processamento matematico e visualizaC;ao, aproxima 0 engenheiro de suas reais condic;oes problematicas. Em suas analises, sobre pec;as ou montagens, 0 usuario define: solicitac;oes, cargas, condic;oes de contomo e propriedades de materiais. Gera diferentes simulac;oes e ilustra graficamente seus resultados. Conclui e valida diversos tipos de estudos, como por exemplo: analises de tensoes, deslocamentos, analises dinfunicas, analises termicas e muito mais. A interface grafica, praticamente intuitiva do Patran, foi desenvolvida de forma a permitir a total customizaC;ao do ambiente, por parte do usuario. Eis algumas, das particularidades do programa:

~ 0 Patran permite acesso direto as geometrias dos CADs lideres de mercado, como 0 ProEngineer, Catia, Unigraphics e outros. Isto garante que as informac;oes importadas permanec;am intactas, sem '"' qualquer perda de dados na passagem de urn software a outro. Alem disso, diversas extensoes tambem sao identificadas e interpretadas pelo programa, como por exemplo: Parasolid, Step, Iges, entre outras;

~ Para os usuarios que desejam desenvolver suas geometrias dentro do ambiente do Patran, 0 sistema possui urn conjunto muito born de ferramentas, que garante 0 modelamento de objetos. Atraves de uma sofisticada funcionalidade, 0 Patran tambem reconhece os comandos de geometrias importadas, sendo possivel editar: furos, raios e chanfros, executados em outros programas. A cada alteraC;ao geometrica, as malhas existentes, solicitac;oes e outras definic;oes aplicadas, se atualizam e sao re-aplicadas, automaticamente;

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Introdu p l0 Patran - Aplica.;:oes Praticas

~ 0 Patran suporta uma variedade muito grande de materiais, dentre ele s: isotropicos, ortotropicos, anisotropicos, compositos, isotropicos termicos, ortotropicos termicos e anisotropicos termicos para desenvolver divers as analises tecnicas e fu ncionai s;

~ Quanto a simula c;ao dos esforc;os e restric;oes, 0 Patran oferece urn conjunto completo de solicitac;oes e condi c; oes de contom o. Varia c; oes fu ncionais podem ser ajustadas e aprimoradas com a utiliz ac;ao de fatores matematicos e resultados analiticos; ~ Para garantir a correta apli cac; ao do metodo matematico, a malha de elementos finitos pode ser definida sobre a geometria importada, ou sobre 0 modelo desenvolvido no proprio Patran. Com facilidade, 0 usuario pode modificar, manualmente ou automaticamente, a dis tri bu i~ao dos seus elementos;

~ 0 Patran se integra facilmente a diversos tipos de solvers, como 0 Nastran e 0 Abaqus, interpretando as suas soluc;oes e ilustrando seus resultados clarament e;

~ Uma de suas funcionalidades, e a "Patran Command Language", ou PCL, sua linguagem de programac;ao. Trata-se de uma linguagem de al to nivel, estruturada em blocos, cuja sintaxe muito se assemelha as linguagens de programac;ao mais conhecidas do mercado. Atraves dela, 0 usuario pode desenvolver suas propdas aplic ac;oes, seus proprios menus e comandos, dentro do ambiente Patran, tomando seus procedimentos do dia a dia, totalmente automatizados e customizados em sua area de trabalho.

~ Quanto a configurac;ao de sistema, 0 Patran suporta plataformas Unix, Windows e Linux. 0 desempenho do programa em determinada configura~ao de hardware, depende da complexidade do modelo a ser analisado. Uma boa dica, na hora de avaliar uma esta~ao de trabalho, e levar em considerac;ao: uma boa placa de video (com urn minimo de 256 MB), a memoria do sistema (com urn minimo de 1GB) e urn born processador (com uma freqllencia minima de 1.8GHz)

~ Dentre todos os aspectos, eis alguns beneficios e vantagens imediatas da sua utilizac;ao:

• Aumento da produtividade nas etapas de projeto e desenvolvimento do produto;
• Redu~ao de custos com prototipagem e modelos experimentais, pela utilizac;ao constante de simulac;oes computacionais;
• Melhoria significativa na qualidade e precisao dos produtos, atraves de pre-analises e otimizac;oes nos diversos campos da engenharia: estrutural, termico, eletrico, dos fluidos, etc.

o mercado exige 0 lanc;amento de produtos com qualidade, a curto intervalo de tempo e a pre~o

justo. Por isso, 0 Patran tomou-se uma ferramenta diferencial, decisiva e obrigatoria para as empresas competitivas, minimizando os desperdicios inerentes aos processos de prototipagem e valida~ao de projetos.

Introdu9ao IPatran - Aplica~oes Praticas

Na parte inferior do programa, temos as seguintes informa~oe s:

." .::. Cai}(a de diillogo -. entre 0 uSlIario e a (^) Ao inidar 0 sofr.vare, temos a indica~ao de pmcessamento das atividades no Patran. Promove (^) que a Iicen~a do programa foi encontrada a comunic:a,ao sobre '; solidta.;oes do programa, (^) e evalida. tarefas executadas, ins.tru~oes de comando, etc...

Para ativar a disponibilidade e visualiz a<;ao das barras de ferramentas, erie urn novo arquivo atraves do leone "New" ou pelo menu: "File> New". Aeompanhe:

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In t rod u~ao Patran - Aplica~oes Praticas

Surge ajanela "New Database". No campo "Nome do Arquivo", basta informar urn nome de identi fi c ac;ao para 0 documento. Verificar a sessao "Particularidades do Patran", mais adiante, para se atentar as re stric;o es ortograficas.

~ m d f l b8 b.tmp ~ mdf lb18. tmp tn mdf l cd9.tmp t;;;l mdf lee e.tmp @lI md f1f 9f.tmp @4 mdf1fSO.tmp

,..

Introd u~ii o Patran - Aplica~oes Praticas

A identidade e funcionalidade de cada uma delas sao:

~ De fa ult Toolbar - Possui as ferramentas padroes do program a. Contem os seus comandos basicos.

File New - Cria um novo arquivo; File Open -Abre um arquivo existente; File Save - Salva um trabalho em andamento; Print - Imprime a area de trabalho do usuario; Copy To Clipboard - Copia entidades geometricas; Undo - Desfaz uma a~iio, a execu~iio de um comando; Abort - Para com 0 processamento de um comando, cancela sua execu~iio;

Reset Graphics - Retorna a visualiza~iio inicial da area de trabalho;

Refresh Graphics - Elimina problemas graficos de vi s ualiza~iio.

~ Transforms - Possui ferramentas que manipulam a movimenta930 do modelo.

Mouse Rotate xv - Rotaciona a geometria na area de trabalho;

- Mouse Rotate z - Rotaciona a geometria na area de trabalho, somente em rela~iio ao eixo Z; Mouse translate xv - Translada a geometria na area de trabalho; Mouse Zoom - Aproxima e afasta a visualiza~iio das geometrias.

Introdu~ao Patran - Aplical;oes Praticas

----? Viewport M anipulati on - Possui ferramentas que manipulam a visualiza9ao do modelo.

View Corners - Permite a visualizar;iio detalhada do modelo, na area delimitada p elo usuario; Fit View - Garante a visualizar;iio total do modelo, toda sua extensiio, na area de trabalho; View Center - Estipula 0 centro de visualizar;iio;

_- Rotation Center Define 0 ponto, em funr;iio do qual, 0 modelo e rotacionado;

• Model Center Define 0 centro do modelo;_ - Zoom Out - Afasta a percepr;iio do usuario, do modelo; - Zoom In - Aproxima a percepr;iio do usuario, do modelo.

----? Viewp ort Display - Poss ui fe rramentas que habilitam op90es visuais, da area de trabalho e das geometrias do modelo.

Wireframe - Habilita a visualiza r; iio de todas as arestas do modelo;

- Hi dden Line - _Habilita a visualiz aryiio apenas das arestas visiveis, segundo uma orientaryiio;

• Shade_ - _Habilita a visualizaryiio te xt urizada do modelo;
• Exchange Black/White_ - Altera a cor de fu ndo da area de trabalho (branco e preto); Cicle Show Labels - Habilita a visualizaryiio das identific ary oes dos objetos na area de trabalho.

----? Model Orien tation - Possui ferramentas de orienta9ao visual do modelo, segundo posi90es fixas.

- Front / Rear / Top / Bottom / Left Side / _Right Side View;

• ISO 1_ / 2 / 3 / 4 View ;

......, ----? Mise - Possui ferramentas de diversas funcionalidades visuais.

_- Plot/Erase form (display menu);

• Label Control;
• Point Size_ - Habilita a visualizaryiio de todos os pontos da geometria; Node Size - _Habilita a visualizaryiio de todos os nos existentes na area de trabalho;
• Display Lines._

Int roduriio Patran - Aplica~oes Praticas

Os comandos: "Pan XJ Y" , "Rotate XJY", "Rotate Z" e "Zoom" podem ser acessados atraves das possiveis intera90es:

• "CTRL" + botao do meio do mouse;
• "SHIFT" + botao do me io do mouse;
  • "CTRL" + "SH IF T" + botao do meio do mouse;
  • Apenas 0 botao do meio do mouse. Durante as tarefas, 0 usmirio ira verificar 0 quanto estas OP90es facilitam a manipula9ao visual, dos modelos existentes na area de trabalh o.

PARTICULA RlDA DES DO PATRAN

Existem alguns detalhes que val em ser citados, antes das tarefas deste manual. Peculiaridades do programa que irao evitar problemas futuros :

1. Todo comando executado no Patran exige uma defin i~ so que obedece a seguinte ordem: "A~so > Objeto > Metodo ou Tipo"

Por exemplo, vamos supor que 0 usuario necessite criar uma linha reta na area de trabalho. 0 procedimento correto seria: Create> Curve > 2 Point

A a9ao definida descreve: criar uma curv a, atraves da informa9ao de dois pontos!

2) Quanto asintaxe, nso de vem ser utiliz ad os "~" e acentos gramaticai s na defini~so dos

nomes. E, para os dados numericos, as casas decimais devem ser indicadas com 0 uso do "ponto" e nso da "virgula". Ex: 3 ,5 - incorreto / 3.5 - correto

Introduriio Patran - Aplica~oes Praticas

3. A defini~ao de informa~oes por coordenadas deve obedecer a seguinte sintaxe:

[p r;me;ra coord. (espa~o ou virgula) segunda coord. (espa~o ou virgula) lerce;ra coord. ]

Ex: [25 50 0] - correto / [25,50,0] - correto

4) 0 Patran nao possui configura~ao de sistema de unidades. A amllise e definida eni fu n~ ao

dos valores fornecidos pelo usuario. Antecipa da mente, deve-se preparar as info rma~oes em um sist ema de unidades comum, tendo em mente 0 tipo de uni dade esperada pa ra os resultados!

Isto completa as assuntos introdut6rios! Discipline seu progresso, bans estudos!

Elementos do tipo harra Patran - Aplica~oes PTaticas

ELEMENTOS DO TIPO BARRA

o objetivo da aula e apresentar a interface e desenvolver uma simulayao basica no Patran.

Abordara tambem a aplicayao dos elementos do tipo barra. Lembrando que, da teoria de elementos fin itos, podem ser representadas por barras, estruturas pinadas e solicitadas apenas em suas extremidades. A simplificayao geometrica da treliya seguinte consiste, simplesmente, em aplicar elementos de barra representando cada componente da estrutura.

EXERCicIO DE DESENVOLVIMENTO

Objetivo: lniciar 0 usuario no arnbiente do Patran atraves da criariio de sua primeira analise estrutural. Ao final, urn breve cornentario sobre os resultados obt idos.

A estrutura abaixo e construida a partir de dois tipos de barras de ayo. 0 tipo A possui a area da SeCyaO transversal de 500mm^2 e as barras tipo B tern area de 200 mm^2 • Considerar que todas as unioes sao construidas com pinos, e que se trata de urn problema plano.

o objetivo do exercicio e obter tensao e deslocamento maximos nas treliyas abaixo.

As barras sao fabricadas em ayo classe 5.6. Baseado nos resultados de sua analise, calcule 0 coeficiente de seguranya da estrutura e re sponda se as hipoteses de linearidade e pequenos deslocamentos sao valid as para este problema. Adotar: Material - A yo Po isson - 0. Mo dulo de Elast icidade Longitudinal (E) - 21 OG Pa

CD

o

CD

o

Elementos do tipo harra Patran - Aplica~oes Praticas

SO LUCAO:

1. INIClAR 0 PATRAN E CRIAR UM NOVO ARQUIVO.

Inicie 0 Patran pelo seu respectivo lcone. Surge umajanela inicial com a seguinte aparencia:

at an ''''

.'!r.~P.:!!IP.f.I..^ .. r-~·· .. ...,•.... ..... .. .. .... ... ... .. .... .... ....... .... ... ........ ... .. w.;.~.'- .. ....

Atraves do menu "File", acesse "F il e > New" para criar urn novo arquivo. Ou clique sobre 0 respectivo kone na barra de ferramentas. Veri fi que se 0 arquivo esta sendo criado na pasta de trabalho padrao do Patran "C :/WIN DOW S/Te mp". E, em seguida, nomeie 0 mesmo como "Barras_ I" e clique sobre 0 botao "OK".

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(2) (^6) C ...;;;;ji~;;;·I ....~ · O (^). n4lI>,...,..,,,",loI>Lti!'f> b.-^ d-..^ ~...,

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(3) {8...._' .. ...,- ..-- (4) A:~<lo Ji!.'« fD;.J;;;;;;;FT·-',..."'~""·- :.l _~J

·~ ·up'!;N~!mi\flil:ij!¥mlili.Iii".ij'tjki·mMi"jiS_Sjl1li-~"M;:_ri.t..' "I -,~l fOf tiW t Bm Ft

Elementos do tipo barro Pa tran - Aplica~oes Pniticas

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• RE.VIs ANDO - CONCE.ITOS E. T IPOS DE. MATERIAlS

Material isotropico - Material com as mesmas caracteristicas em todas as dir e~oes ou, expresso de outra mane ira, material com caracteristicas simetricas em rela~iio a um plano de orienta~iio arbitrario. 0 a~o e um exemp lo de material que pode ser considerado isotropico.

Material monotropico - Material com caracteristicas simetricas em rela~iio a pianos paralelos e a pianos perpendiculares a um eixo, que constituem a dire~iio de monotropia do material. A madeira constitui um exemplo de material monotropico, sen do a dire~iio de monotropia a dire~iio das fibras, pois apresenta prop riedades simetricas em rela~iio a pianos paralelos as fibras e a pianos perpendiculares as mesmas. Outros exemplos siio mate riais constituidos por camadas alternadas de dois ou mais materiais em que suas espessuras sejam suficientemente pequenas para que se possa considerar 0 material continuo na dire~iio perpendicular as camadas.

Material ortotropico - Material com caracteristicas simetricas em rela~iio a tres pianos ortogonais. Como, por exemplo, pode-se citar um material isotropico, refor~ado por fibras dispostas ortogonalmente, ou de mane ira a se obter tres pianos de simetria ortogonais.

Elementos do tipo barro Patran - Aplica~oes Pniticas

OBS: Em nossos estudos, utilizaremos apenas os materia is isotropicos nas simuia{:oes.

Voltando, ainda na ferramenta "Material", preencha 0 campo "Material Name" com "Steel" para identificar as propriedades do ar;o, a serem inseridas. Clique em "Input Properties" para inserir as infonnar;oes.

j.DeSCr ipl ion

..~ e...

j:

Surge ajanela "Input Options". Mantenha a opr;ao "Linear Elastic - Constitutive Model", pois trata-se de urn material com regime ehistico linear, comportamento com urn dos materiais metalicos. Preencha 0 campo "Elastic Modulus" com "210000" (MPa) e 0 campo "Poisson Ratio" com "0.30", conforme dados do enunciado. Clique em "OK" para confinnar e finalizar.

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