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Motor falha a 40.000 pés Em 2017, um voo da Air Asia da Austrália para Kula Lumpur  teve que dar meia-volta, e as equipes de solo se prepararam para um pouso de emergência após uma falha no motor que fez todo o avião vibrar, com os assentos tremendo como a cauda de uma cascavel. Felizmente, graças à qualidade da engenharia, o motor sobreviv eu a isso, mas como os engenheiros conseguem criar motores que sobrevivam a tais situações? Veja neste post. Um motor desbalanceado é indesejável; felizmente, é possível simular o fenômeno e reduzir a chance de sua ocorrência. No entanto, trata-se de um desafio complexo que o software só recentemente conseguiu superar, portanto, é necessário primeiro analisar a raiz do problema de engenharia. O conjunto mais básico de ferramentas de um engenheiro são as equações de movimento. No entanto, para que estas sejam facilmente aplicadas a um problema de mecânica de rotores, o objeto sob investigação deve ter simetria em torno do seu eixo de rotação. Para ser mais preciso, ele precisa ter simetria axial, não simetria cíclica. Simetria axissimétrica vs simetria cíclica Para que um objeto tenha simetria axissimétrica, ele deve consistir em um sólido contínuo em torno de um eixo, como um pião. No entanto, um objeto com simetria cíclica é simétrico em torno do eixo, mas este pode consistir em setores, como as pás de um helicóptero. Geralmente, as teorias da dinâmica de rotores baseiam-se na axisimetria dos rotores, pois quaisquer dados registrados pelo observador de um objeto em rotação ciclicamente simétrica apresentarão uma frequência periódica à medida que cada pá do rotor passa por seu ponto de observação. Um objeto ciclicamente simétrico é, portanto, geralmente chamado de assimétrico no campo da mecânica de rotores. Portanto, para entender como um motor a jato desbalanceado com turbinas ciclicamente simétricas pode fazer todo o avião tremer, é preciso considerar maneiras de avaliar o rotor que não sejam o observador externo tradicional que registra o objeto em observação. Estrutura rotativa vs. fixa Ao posicionar um instrumento de medição no eixo de rotação, pode-se medir as forças na pá sem que a medição sofra com o problema de frequência. Embora isso forneça os valores necessários para a carga na(s) pá(s) da turbina, como cargas centrífugas e efeitos de Coriolis, isso cria um novo problema. Como o avião inteiro não está girando em torno desse eixo, na verdade, ele não está girando de forma alguma, não é possível avaliar o avião com esse plano de rotação,  sendo necessário estudá-lo no plano inercial. Para calcular simulações precisas de tal sistema, que sejam corretas em relação à teoria, a simulação precisará adotar uma abordagem de referencial misto: o rotor deve ser calculado em um referencial rotativo, com os efeitos das rotações adicionados às equações de movimento, e o estator e os mancais (e o restante do avião) calculados em um referencial fixo. Os desenvolvedores do Simcenter 3D Rotor Dynamics e do Simcenter Nastran propõem que você acople esses referenciais no eixo de rotação e, em seguida, ofereça uma solução para a análise de modelos assimétricos. Com isso, é possível modelar o motor e o avião juntos e transferir cargas entre eles, analisando mais de perto como estabelecer problemas críticos originados no motor. Modos para frente e para trás na dinâmica do rotor Numerosas forças podem ser aplicadas a um sistema rotativo, talvez vindas de outro conjunto de rotores dentro do motor ou talvez devido a efeitos giroscópicos ou amortecimento estrutural. Nesses casos, as frequências próprias receberão uma parte imaginária, como explicamos no blog anterior, e as formas modais correspondentes se dividirão em dois modos chamados de turbilhonamento: um girando na mesma direção do rotor (chamado de modo para frente) e outro oposto (chamado de modo para trás). Por que usar harmônicos múltiplos e por que combinar um quadro fixo e rotativo Esses modos de turbilhonamento desempenham um papel crucial na engenharia de dinâmica de rotores. Eles são os padrões de deformação dominantes que aparecerão quando ocorrerem fenômenos que podem levar à instabilidade, especialmente em velocidades críticas. Portanto, para um rotor assimétrico, surge a necessidade de usar múltiplos harmônicos em uma simulação. Todos os harmônicos são então sobrepostos linearmente e recombinados durante o pós-processamento para formar gráficos de órbita. apresentamos o uso de múltiplos harmônicos para um sistema de dois rotores sob diferentes desbalanceamentos, em quadro fixo. Agora, com as versões mais recentes do Simcenter 3D e do Simcenter Nastran , é possível aplicar cargas correspondentes a diferentes harmônicos, em quadro de referência fixo ou rotativo, e recombinar o sinal final no pós-processamento. Assim, é possível considerar como as forças geradas pelo motor desbalanceado podem se propagar para o resto do avião. O rotor do avião foi danificado, e essa instabilidade criou uma vibração que se propagou por todo o avião. Embora a vibração fosse perturbadora, o avião conseguiu pousar sem uma catástrofe, então parece que as vibrações não eram exatamente iguais à frequência natural. Vamos analisar isso mais de perto, considerando o rotor (estrutura rotativa) com seu estator e rolamentos (estrutura fixa). Durante a fase de projeto, os engenheiros determinam a frequência natural para garantir que o projeto as evite o máximo possível. O primeiro passo para isso é revisar os diagramas de Campbell. Velocidades críticas e estabilidade de modelos assimétricos Como são usados pontos de referência inicial e rotacional, precisa-se entender como eles aparecem de forma diferente nos diagramas de Campbell. As frequências próprias dos modos são representadas em função da velocidade de rotação, sendo sua variação uma consequência direta do efeito giroscópico. Em um referencial inercial, a ressonância ocorre quando a velocidade de rotação corresponde a uma frequência própria. Chamam-se essas velocidades de rotação de velocidades críticas do sistema. Em um referencial rotacional, a física é menos intuitiva. Em um diagrama de Campbell, as frequências próprias dos modos progressivos inicialmente diminuem com a velocidade de rotação, atingem o eixo X na velocidade crítica (quando a velocidade crítica corresponde a uma frequência própria do modo de 0 Hz) e, em seguida, aumentam com a velocidade de rotação. No mesmo diagrama de Campbell, as frequências próprias dos modos reversos aumentam com a velocidade de rotação. As velocidades críticas dos modos reversos são encontradas na interseção da reta ω=2Ω, quando a velocidade de rotação é igual à metade da frequência própria do modo (ω=2Ω). A interpretação diferente do diagrama de Campbell em referenciais fixos e rotativos também ajuda a entender por que uma força de rotação para frente no referencial fixo é equivalente a uma força estática a 0 Hz no referencial rotativo, e por que uma força de rotação para trás no referencial rotativo é equivalente a uma força de rotação para trás a 2 Ω no referencial rotativo. Figura 1: Diagrama de Campbell nos referenciais FIXO e ROTATIVO são representados; calculados no mesmo modelo axissimétrico. Em verde: modos para frente. Uma velocidade crítica na faixa de velocidade de rotação, a 1100 rpm. Corresponde à interseção entre o modo 2 e a linha 1P (ordem 1) no referencial fixo e o eixo X no referencial rotativo (ordem 0). Em azul: modos para trás. As duas velocidades críticas na faixa de velocidade de rotação são encontradas na interseção dos modos 1 e 3 com a linha 1P (ordem 1) no referencial fixo e a linha 2P (ordem 2) no referencial rotativo. Em uma abordagem de estrutura rotativa, o rotor pode ser assimétrico (lembre-se de que a simetria cíclica não conta como simétrica nessas aplicações), mas o estator e os mancais devem ser isotrópicos. Além disso, a interpretação do diagrama de Campbell em uma estrutura rotativa não é simples. Para remover essas limitações, quando o conjunto é assimétrico, existe uma abordagem válida quando o rotor tem simetria cíclica. Isso permite calcular um diagrama de Campbell para o conjunto assimétrico e gerar resultados em um referencial fixo. Quando o rotor é cíclico simétrico, um conjunto assimétrico pode ser resolvido com o Simcenter 3D Rotor Dynamics ou o Simcenter Nastran para calcular o diagrama de Campbell, velocidades críticas e estabilidade. Essa capacidade permite que um rotor ciclicamente simétrico seja calculado em um referencial rotativo utilizando matrizes invariantes no tempo, por meio da transformação de Coleman, e depois convertido para um referencial fixo. Na imagem acima, no canto superior direito: conjunto do rotor simétrico cíclico, acoplado a um estator assimétrico por mancais anisotrópicos, resolvido graças à transformação de Coleman. No canto inferior direito, figura modal a 1500 Hz para uma velocidade de rotação de 6000 rpm. À esquerda: diagrama de Campbell em referencial fixo. A velocidade crítica deste conjunto no intervalo [0;42.000 rpm] é encontrada a 25.200 rpm, o que corresponde a uma frequência de 420 Hz. Resposta harmônica de modelos assimétricos Esperançosamente, agora está claro que uma abordagem de quadro misto pode ser usada na simulação de modelos assimétricos, nos quais o rotor será computado no quadro de referência rotativo e o estator será computado no quadro de referência fixo. O acoplamento de ambos os quadros de referência é feito no eixo de rotação. Também foi demonstrado que as cargas são aplicadas de forma diferente nos quadros rotativos e fixos: para uma mesma carga, diferentes harmônicos são usados. Como uma extensão, para vibrações computadas por uma análise de resposta harmônica, o harmônico ω₁ = Ω será necessário para computar a simulação no quadro de referência fixo nos mancais e no estator, e este harmônico será acoplado ao harmônico ω₀ a 0 Hz e ω₂ a 2 Ω para o rotor computado no quadro de referência rotativo. Em casos com forte anisotropia de mancal, harmônicos mais altos são necessários. Então, ao considerar a velocidade do rotor Ω como a frequência de varredura da simulação, diferentes coeficientes [0, 1, 2, 3, …] da série de Hill serão usados ​​para descrever os diferentes harmônicos. Para o modelo equivalente da seção anterior, modelado em 3D usando superelementos para acelerar os cálculos, um desequilíbrio foi aplicado no centro do disco assimétrico. Conforme mostrado na figura abaixo, à direita, o deslocamento no centro do disco é gerado para cada harmônico separadamente: harmônico em 0 Hz e harmônico em 2 Ω. Os resultados dos diferentes harmônicos podem ser recombinados na forma de um gráfico de órbita em um nó escolhido e em uma frequência selecionada. Na figura à esquerda, o gráfico de órbita é representado para a frequência de referência de 350 Hz. O harmônico ω₀ 0 Hz destaca o efeito do desequilíbrio (desequilíbrio é uma força estática no referencial rotativo). Ele também fornece as coordenadas (X,Y) do centro da órbita. Seu pico é encontrado em cerca de 425 Hz, o que pode ser relacionado à simulação anterior do cálculo das velocidades críticas. Uma malha mais fina teria permitido encontrar valores mais próximos. O harmônico ω₂ m 2Ω destaca os efeitos da anisotropia do rolamento e corresponde à expansão da órbita vista à esquerda. De fato, para um sistema em desequilíbrio, orientações isotrópicas teriam fornecido um gráfico de órbita reduzido a um único ponto. Figura 4: Esquerda: diagrama de órbita no nó de desequilíbrio para resposta harmônica, a 350 Hz. Superior direito: deslocamentos no nó de desequilíbrio para o harmônico ω₀ a 0 Hz. Inferior direito: deslocamentos no nó de desequilíbrio para o harmônico ω₂ a 2 Ω. Quando o sistema rotativo é totalmente assimétrico, as vibrações no domínio da frequência podem ser estudadas no Simcenter 3D Rotor Dynamics ou no Simcenter Nastran para diferentes tipos de defeitos ou cargas do rotor, graças ao uso de múltiplos harmônicos e uma abordagem de estrutura mista. Considerando a investigação do avião, é possível modelar tanto as partes rotativas do motor quanto seus componentes fixos, como o estator e os mancais. Também pode-se determinar as frequências próprias complexas, tanto no plano fixo quanto no plano rotativo, e então combinar os resultados. Agora, com o uso de múltiplos harmônicos juntamente com a abordagem de estrutura mista, é viável considerar defeitos ou cargas anormais. Como colisões com pássaros em motores não são incomuns, é possível simular simular o efeito de uma pá do rotor sendo danificada em tal incidente. No entanto, o motor nem sempre gira na mesma velocidade e, à medida que a velocidade de rotação muda, a carga também muda. Isso também precisa ser considerado para garantir que o motor esteja seguro. Análise transitória de modelos assimétricos O mesmo modelo também pode ser resolvido em uma análise transitória. Para comparar os resultados, considera-se a mesma carga desbalanceada e reproduzamos o comportamento em estado estacionário definindo uma aceleração com velocidade de rotação crescente de 0 a 350 Hz e, em seguida, uma velocidade de rotação constante de 350 Hz. Para velocidades de rotação ou cargas variáveis ​​ao longo do tempo, a resposta do sistema rotativo é calculada por meio de uma análise transitória. Uma combinação de superelementos para o rotor na estrutura rotativa, o estator na estrutura fixa e a montagem por mancais acelera a simulação e fornece resultados precisos. As vibrações no centro do disco durante uma aceleração seguida por uma velocidade de rotação estabilizada a 350 Hz são representadas na figura abaixo. Nessa velocidade, as vibrações (transitórias) podem ser comparadas à órbita calculada em resposta harmônica para uma simulação em estado estacionário a uma frequência de 350 Hz. Pode-se observar que a órbita em resposta harmônica para a velocidade de rotação estabilizada pode ser sobreposta à órbita em resposta harmônica quando todos os harmônicos são recombinado s, para essa frequência de 350 Hz. A vibração oscila em torno de uma posição média. Essa posição média corresponde ao centro da órbita e corresponde aos resultados do harmônico em 0 Hz para a resposta harmônica. Uma análise transitória adicional, para um cenário de estado estacionário semelhante a uma velocidade de rotação constante, fornece resultados comparáveis ​​na resposta de frequência usando múltiplos harmônicos. Figura 5: esquerda: diagrama da órbita no nó de desequilíbrio para a análise de aceleração. Superior direito: deslocamentos no nó de desequilíbrio na simulação e evolução da velocidade de rotação do rotor. Inferior direito: zoom em alguns ciclos dos deslocamentos a 350 Hz. Conclusão Estar em um avião quando há uma falha mecânica é assustador. No entanto, você pode se consolar sabendo que o fabricante do motor e seus engenheiros consideraram muitos cenários e simularam as consequências. Embora isso fosse difícil no passado, novas ferramentas, como as do Simcenter 3D e do Simcenter Nastran , estão facilitando a construção de modelos e a simulação de mais casos, reduzindo o risco de possíveis descuidos e continuando a trabalhar para tornar as aeronaves mais seguras. Com a nova capacidade do Simcenter 3D Rotor Dynamics e do Simcenter Nastran de calcular vibrações em conjuntos rotativos assimétricos, os tipos de aplicações que podem ser solucionadas foram expandidos. De fato, como carcaças e mancais raramente são isotrópicos, rotores flexíveis que definitivamente não são axissimétricos foram deixados de lado pelas soluções de dinâmica de rotores. Agora, o diagrama de Campbell, o comportamento modificado da estrutura enrijecida em altas velocidades de rotação, defeitos do rotor como desbalanceamento ou desalinhamento, ou qualquer tipo de carga, podem ser estudados nos domínios do tempo e da frequência. Quer garantir que seu projeto de motor sobreviva a vibrações críticas e evite falhas catastróficas? Agende uma reunião com a CAEXPERTS   e descubra como aplicar simulações avançadas com múltiplos harmônicos e estruturas mistas para avaliar com precisão a estabilidade e a integridade do seu sistema rotativo. Nossa equipe está pronta para ajudar você a transformar complexidade em segurança e confiabilidade. WhatsApp: +55 (48) 98814-4798 E-mail: contato@caexperts.com.br

Bateria ou célula de combustível de hidrogênio? A eletrificação da mobilidade não é uma tendência. É um fato. A maioria dos fabricantes de equipamentos originais (OEMs) já está planejando a aposentadoria de suas frotas com motores de combustão. Mas, com a eletrificação, geralmente associamos baterias de íons de lítio a uma série de desafios inerentes. Materiais raros, ansiedade quanto à autonomia, falta de estações de recarga, segurança das baterias e poucas possibilidades de reciclagem são alguns deles. Embora pesquisas extensas estejam sendo conduzidas para solucionar esses desafios, uma alternativa está sendo considerada: veículos com células de combustível de hidrogênio. Neste artigo, discutimos como a simulação pode ajudar fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e fornecedores a projetar e certificar virtualmente o vaso de pressão composto usado para armazenamento de hidrogênio. Hidrogênio: a fonte milagrosa de energia para o futuro da mobilidade? O hidrogênio é um dos átomos mais comuns na Terra e um recurso ilimitado; o alcance de um veículo a hidrogênio costuma ser maior do que o de veículos elétricos a bateria; uma célula de combustível de hidrogênio emite apenas vapor d'água; e um tanque de hidrogênio pode ser reabastecido em minutos. Portanto, considere as células de combustível uma alternativa cada vez mais séria às baterias. Na indústria automotiva, o Toyota Mirai e o Hyundai Nexo foram precursores. A BMW está prestes a lançar seu iHydrogen NEXT, enquanto a Daimler Truck AG e a Volvo criaram uma joint venture em 2021 " para acelerar o uso de células de combustível à base de hidrogênio ". Um número crescente de startups de mobilidade também apostam no hidrogênio. Na indústria aeroespacial, a Airbus lançou em 2020 um programa ZEROe com o objetivo de desenvolver aeronaves comerciais a hidrogênio até 2035. Líderes da indústria ferroviária, como a Siemens, também estão desenvolvendo trens a hidrogênio. Essa tendência levou muitos governos a financiar pesquisas para desenvolver a mobilidade à hidrogênio. Um exemplo recente é a França, que anunciou em 2020 que " 7 bilhões de euros serão usados ​​como financiamento para tornar a França uma vanguarda do hidrogênio verde até 2030 ". Parece promissor... então por que apenas “27.500 veículos com célula de combustível de hidrogênio foram vendidos até o final de 2020 desde o início de suas vendas” ? Alguns desafios tecnológicos a resolver… Infelizmente, ainda não há milagre. Precisa-se de uma grande quantidade de hidrogênio para produzir cada quilowatt-hora, o que leva a dois desafios tecnológicos que limitam a expansão do hidrogênio. A produção de hidrogênio era comumente feita por meio de uma reação química (RMC) partindo de metano e água para produzir hidrogênio... e muito CO2! O hidrogênio agora é produzido de forma mais limpa por meio da eletrólise, que consiste na separação da água em hidrogênio e oxigênio... mas usando eletricidade! O armazenamento de hidrogênio deve ser feito em um pequeno volume para ser incorporado ao veículo, em um espaço disponível restrito. Isso implica em pressão muito alta, e os sistemas de armazenamento devem, obviamente, ser completamente seguros em todas as circunstâncias. Isso exigiria grandes investimentos em estações de recarga, e o custo de um carro a hidrogênio ainda é alto. Por todas essas razões, as células de combustível de hidrogênio ainda estão em fase de desenvolvimento como tecnologia para a mobilidade elétrica. Mas esses não são obstáculos intransponíveis. Armazenamento de grande quantidade de hidrogênio em veículos Tecnologias de tanques compactos, seguros em todas as circunstâncias Concentre-se no segundo desafio de engenharia relatado acima: o armazenamento seguro de uma grande quantidade de hidrogênio, em um pequeno volume, em um veículo em movimento. As tecnologias de ponta para resolver esse desafio são tanques de hidrogênio pressurizados a 700 bar! Bombas embarcadas de verdade... Recipientes de pressão de 700 bar incorporados visíveis em amarelo [ Fonte ] Um único acidente provavelmente seria fatal para os passageiros e pessoas ao redor. E obviamente destruiria a imagem de marca do hidrogênio como uma solução de mobilidade do futuro. Um acidente como esse aconteceu em 2019, não em um veículo, mas em uma estação de recarga, matando duas pessoas e destruindo tudo ao redor . Se refletirmos sobre o que um veículo em movimento normalmente consegue suportar durante sua vida útil em comparação com uma estação de recarga parada (colisão, uso indevido, dezenas de milhares de cargas e descargas, temperaturas extremas, seca, umidade...), a segurança é definitivamente um desafio de projeto para esses tanques. Os tanques de 700 bar em desenvolvimento atualmente consistem em um revestimento de polímero que garante a vedação, envolto por uma grande espessura de compósitos de fibra de carbono contínua de alta resistência, permitindo um desempenho mecânico altíssimo do tanque, e uma junta metálica com uma válvula para fechar o sistema e garantir sua integração ao veículo. Essa tecnologia é chamada de "Tipo IV", que significa 4ª geração de tanques pressurizados, ou "Vasos de Pressão Compostos". Tecnologia de vasos de pressão compostos [ Fonte ] Quantos anos e quantos dólares são necessários para certificar um vaso de pressão composto? A necessidade absoluta de garantir a segurança dos veículos a hidrogênio leva a margens de segurança muito altas impostas pelos padrões globais. A norma do Regulamento Técnico Global nº 13 , uma das principais referências globais, impõe, por exemplo, 225% de margem de segurança para a ruptura à temperatura ambiente, o que significa que um tanque de 700 bar nunca deve explodir antes de 1575 bar. A variabilidade leva os fabricantes a adicionar sua própria margem extra, de até 1700 ou 1800 bar. Isso permite garantir o sucesso dos testes de certificação e verificar, por meio de centenas de testes físicos caros e complexos, a integridade do tanque. Ruptura à temperatura ambiente, ciclagem em temperaturas extremas, efeito de danos na superfície, resistência a produtos químicos, quedas em diferentes ângulos e alturas, fluência, disparo de bala e fogo são apenas alguns dos testes impostos pelas normas de segurança. Muitos fabricantes de tanques realizam alguns desses testes internamente de forma bastante iterativa e presumem (ou esperam...) que os outros testes serão satisfatórios. Em um mercado competitivo e em crescimento, isso não é mais aceitável. É aí que a digitalização entra em ação. Projeto virtual e certificação de um vaso de pressão composto A complexidade da tecnologia da embarcação e a variedade de testes de certificação impõem novos métodos que podemos integrar às soluções CAE, visando a precisão total do gêmeo digital. As soluções Simcenter integram processos e tecnologias para descobrir o melhor projeto possível, que seja o mais compacto, leve e barato possível, capaz de transportar a quantidade esperada de hidrogênio, respeitando todas as regulamentações e permitindo uma certificação virtual do projeto original, antes da prototipagem. Escalabilidade dos métodos CAE Esses métodos CAE inovadores não pertencem aos chamados métodos "CAE padrão". Eles devem incorporar diversas físicas diferentes e, às vezes, não estão totalmente maduros no setor. No entanto, o número de analistas CAE trabalhando em certificações de tanques é, em geral, bastante pequeno, e as empresas não possuem expertise em todos os domínios. As soluções Simcenter abrangem desde métodos simplificados e automatizados, para permitir que leigos determinem projetos conceituais iniciais com mais rapidez, até métodos avançados de ponta, desenvolvidos e avaliados por meio de projetos de pesquisa com clientes industriais para modelar a complexidade. Projeto inicial de tanque de hidrogênio com simulação: avalie milhares de projetos em poucas horas Com o Simcenter, um projetista de tanques normalmente começaria com um estudo de exploração do espaço de projeto muito amplo, resultando em um ou alguns projetos preliminares. Em vez dos métodos analíticos aproximados normalmente utilizados, incorporamos fluxos de trabalho automatizados de FEM em um problema do Simcenter Heeds. Um não especialista será capaz de avaliar o desempenho de milhares de projetos (com diferentes geometrias de mandril de revestimento, geometrias de boss, materiais, camadas de compósitos, estratégias de enrolamento filamentar...) em poucas horas, em relação aos requisitos de certificação e projeto. Então, ele ou ela pode determinar os melhores candidatos para adoção final. Nesta fase, as simulações permanecem lineares ou incluem alguma não linearidade geométrica simples, e ele/ela pode usar modelos eficientes simplificados com leis básicas de materiais para todos os componentes. O posicionamento das fibras é contabilizado pela automação da execução da ferramenta integrada de terceiros, conforme descrito posteriormente. Isso proporciona muito mais precisão do que os métodos analíticos, mantendo uma eficiência bastante razoável. Fluxo de trabalho automatizado do Simcenter permitindo projeto inicial rápido e robusto de vasos de pressão A equipe de engenharia do Simcenter (anteriormente LMS Samtech) trabalhou no projeto de pesquisa OSIRHYS IV. O objetivo do projeto era desenvolver e validar esses métodos, que permitiram uma redução de 30% na massa em relação aos recipientes projetados com métodos analíticos, sem comprometer o desempenho e a capacidade. A importância da simulação do processo de fabricação de ponta a ponta de Vasos de Pressão Compostos para uma certificação virtual precisa O processo de fabricação de um vaso de pressão composto terá um impacto muito forte em seu desempenho final e na variabilidade desse desempenho. Quando negligenciados, os tanques podem até falhar antes mesmo de serem usados ​​pela primeira vez. As soluções Simcenter simulam com precisão o processo de fabricação de ponta a ponta para avaliar a posteriori o desempenho do vaso conforme fabricado. Da moldagem rotacional… A primeira etapa é a produção do revestimento polimérico, realizada por meio de um processo de rotomoldagem. A geometria final e as propriedades mecânicas do revestimento dependem muito desse processo. Um revestimento muito fino ou mal projetado pode rachar e causar vazamentos no tanque. Já um revestimento superdimensionado reduziria a capacidade do tanque e aumentaria sua massa. O Simcenter STAR-CCM+ é usado para simular o processo de rotomoldagem. Isso inclui o controle de temperatura para atingir a geometria e as propriedades mecânicas esperadas do revestimento. …para enrolamento de filamentos… As fibras de carbono são então aplicadas ao redor do revestimento em uma sequência predefinida de orientações por meio de enrolamento filamentoso. Esse processo envolve máquinas de grande porte que enrolam as fibras ao redor do revestimento. Diversas variáveis ​​relacionadas ao controle do processo devem ser tratadas e terão um impacto muito forte na orientação local e na espessura da carcaça composta e, portanto, no desempenho global do tanque. O Simcenter 3D permite a integração de soluções verticais especializadas de terceiros para simular com precisão o processo de enrolamento filamentoso. Todos os parâmetros de fabricação necessários ficam então disponíveis por meio de uma interface gráfica específica. Simulação de enrolamento de filamento para aplicar a orientação e espessura corretas das fibras compostas [ Referência ] … e cura O tanque é então curado, permitindo a polimerização da carcaça composta, mas possivelmente afetando o desempenho do revestimento e induzindo tensões residuais no conjunto. Durante a cura, os diferentes materiais que compõem o tanque reagem às mudanças de temperatura de maneiras muito diferentes. O Simcenter 3D integra solucionadores e métodos térmicos e mecânicos que consideram o histórico do material durante o processo de cura, determinam as deformações induzidas pelo processo e avaliam os efeitos da tensão residual no desempenho do produto. Processo de Simulação de Cura de Vaso de Pressão Certificação Virtual de Vasos de Pressão Compostos: Modele a Complexidade, com total precisão Você pode usar o Simcenter 3D , a plataforma Simcenter Mechanical, para modelar toda a complexidade dos testes de certificação. Modelos de danos em compósitos são integrados nativamente ao Simcenter 3D . Ele permite a previsão de fenômenos locais, como delaminação ou redução de rigidez, que ocorrem durante a pressurização e a despressurização. Esses métodos incluem métodos inovadores de estática e fadiga para compósitos, desenvolvidos e validados por meio de projetos industriais e aplicáveis ​​a vasos de pressão de compósitos. Modelos termomecânicos estão disponíveis para avaliar o efeito da temperatura combinada com diferentes casos de carga mecânica. Solucionadores dinâmicos transitórios são utilizados para calcular a resistência do tanque submetido a ensaios de queda padrão. A resistência ao fogo também foi estudada por meio do projeto de pesquisa FireComp. Por fim, o Simcenter incorpora simulação em múltiplas escalas para levar em conta o comportamento microscópico do material na simulação macroscópica. Isso permite o acesso ao nível máximo de fidelidade dos modelos. Esta lista não é exaustiva. A vantagem de uma plataforma integrada é que pode-se executar todos os casos de carga em uma única plataforma. Um único usuário pode ter acesso a todos os KPIs no mesmo ambiente. Certificação Virtual do vaso de pressão composto conforme fabricado [ Referência ] Caminhos para a mobilidade do hidrogênio Se a maioria dos analistas prevê que os veículos elétricos a bateria manterão a liderança entre os carros de passeio pequenos e particulares, espera-se implementar a solução de hidrogênio cada vez mais em veículos maiores, como ônibus, caminhões, trens, navios ou empilhadeiras. Isso ocorre porque eles têm espaço disponível para vasos de pressão e as baterias de íons de lítio necessárias para alimentá-los seriam muito pesadas. As empresas envolvidas na produção de Vasos de Pressão Compostos para armazenamento de hidrogênio precisam antecipar essa expansão. A competição será acirrada. Empresas de sucesso serão precursoras, não seguidoras. Com o Simcenter, elas podem construir total confiança no gêmeo digital de seus vasos de pressão. A equipe do Simcenter está investindo muito em pesquisa. A Siemens já trabalha com clientes industriais como a Honda R&D Co., Ltd. para minimizar a incerteza das previsões e criar um gêmeo digital real. Essa colaboração ajuda a reduzir e, espera-se, um dia eliminar todos os testes físicos realizados antes da certificação, substituindo-os por simulações e otimizações confiáveis, baratas e imediatas, tudo integrado em uma única plataforma de simulação. Obviamente, a segurança também depende de como e onde a embarcação é integrada ao veículo. Ela deve ser protegida de cenários típicos de colisão, sem influenciar o peso do veículo, o NVH ou o comportamento dinâmico. O Simcenter oferece um gêmeo digital integrado e preciso para veículos elétricos, abordando os desafios de todos os domínios veiculares. Mas essa é outra história! Quer transformar os desafios do armazenamento de compostos em oportunidades concretas para sua empresa? 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A insuficiência cardíaca é a principal causa de morte global nos últimos 15 anos, com previsão de 23,6 milhões de mortes anuais até 2030, segundo a OMS. O transplante cardíaco é uma solução, mas enfrenta limitações devido à escassez de doadores compatíveis, levando pacientes a aguardarem meses, muitas vezes sem sucesso. Para auxiliar nesses casos, dispositivos como os Ventricular Assist Devices (VADs) e a oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) são usados. Ambos, assim como a hemodiálise , dependem de bombas de sangue , essenciais no suporte mecânico cardíaco e pulmonar, especialmente durante cirurgias. Essas bombas, além de descartáveis e de fácil fabricação, devem ser cuidadosamente projetadas para reduzir ao máximo os danos ao sangue. Isso inclui evitar zonas de turbulência, estagnação e elevados níveis de tensão de cisalhamento, fatores que podem levar à degradação das hemácias, leucócitos e outros componentes biológicos essenciais.   Desafios e soluções Bombas de sangue centrífugas são projetadas para reduzir o risco de trombose ao evitar a estagnação do fluxo. No entanto, priorizar excessivamente a eficiência pode gerar regiões de alto estresse de cisalhamento (>10 Pa) devido às altas velocidades de rotação, o que pode danificar células sanguíneas e causar complicações como sangramento, AVC e formação de coágulos. Antes, a avaliação de problemas como trombose dependia de experimentos físicos. Hoje, o uso da fluidodinâmica computacional  (CFD) permite prever áreas críticas, como regiões de cisalhamento elevado, e ajustar os projetos de forma mais rápida e eficiente. As simulações também demonstram que manter a taxa de cisalhamento abaixo de certos limites reduz o risco de trombos. A avaliação do desempenho dessas bombas utiliza métricas como o tamanho das regiões de estresse elevado e a taxa de dano aos glóbulos vermelhos (hemólise). Estudos experimentais e computacionais ajudam a otimizar os projetos, minimizando danos ao sangue, especialmente em aplicações de longo prazo.   Simulação de bombas de sangue O estudo de simulação, utilizando o STAR-CCM+ , em questão concentra-se na análise detalhada da bomba de sangue,  com o objetivo de investigar as variáveis chaves como eficiência, perda de carga, torque do sistema e estabilidade operacional do equipamento. Os resultados numéricos foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura para validação do modelo. A modelagem considerou um regime de escoamento monofásico e em estado estacionário, adotando a abordagem de Moving Reference Frame (MRF) para simular a rotação do rotor.  Para a modelagem da turbulência, foi utilizado o modelo k-Ômega SST, amplamente recomendado na literatura para escoamentos com forte interação rotor-estator. A malha computacional foi refinada nas regiões críticas, especialmente nas proximidades do rotor, onde ocorrem elevados gradientes de velocidade e efeitos significativos de cisalhamento. Figura 1. Geometria e malha computacional Na Figura 2 (a) e (b), são apresentados os perfis de magnitude da velocidade e de pressão absoluta para uma condição operacional de 3,5 L/min e 3500 RPM. Observa-se a presença de zonas de máximas velocidades em regiões de impulsão e externas do rotor (região de fuga), bem como zonas de baixa velocidade e escoamento estagnado no centro da bomba. Essas regiões são críticas, pois podem ser otimizadas para reduzir os riscos de danos às células sanguíneas. Figura 2. Perfil de variável: (a) velocidade; (b) pressão absoluta A Figura 3 apresenta o perfil da tensão de cisalhamento nas paredes rotativas da bomba sob as mesmas condições operacionais. As áreas com elevada tensão de cisalhamento são especialmente relevantes, pois estão associadas ao potencial de hemólise, isto é, à ruptura das hemácias e, portanto, são fundamentais na avaliação da biocompatibilidade do equipamento. Figura 3. Perfil de tensão de cisalhamento na parede Por fim, a Figura 4 exibe os resultados da simulação para diferentes condições de vazão de entrada, variando de 2,5 L/min a 6 L/min. Foram obtidos os valores de eficiência e da pressão manométrica da bomba para cada condição, os quais foram comparados com os dados experimentais disponíveis no trabalho de Malinauskas et al. (2017), demonstrando boa concordância entre os resultados numéricos e experimentais. Figura 4. Gráfico Pressão Manométrica e Eficiência pelas vazões  A simulação numérica é uma ferramenta poderosa que acelera o desenvolvimento de tecnologias médicas e amplia nossa compreensão de desafios complexos. Há 15 anos, Takehisa Mori iniciou o uso de CFD no desenvolvimento de dispositivos cardiovasculares em sua empresa, revolucionando os processos de design e trazendo avanços significativos para a área. Sobre essa jornada, Mori reflete: "Quando comecei com CFD, percebi o quanto era capaz de entender melhor os projetos. Um ponto de advertência é que algumas pessoas pensam muito levianamente sobre a simulação, assumindo que qualquer coisa pode ser simulada ou imaginada. Na realidade, é importante considerar o que o problema significa e quais são as implicações físicas... Ao utilizar o CFD, podemos construir uma base para a fabricação de protótipos até certo ponto." Takehisa Mori , Gerente de Pesquisa de P&D da Principal, Terumo Corporation A simulação computacional da bomba de sangue possibilitou a identificação de regiões críticas de velocidade, pressão e tensão de cisalhamento, fatores fundamentais para otimizar o desempenho hidráulico e mitigar riscos hemáticos. O uso de ferramentas de engenharia assistida por computador (CAE) tem se mostrado essencial para reduzir o tempo e o custo de desenvolvimento, ao mesmo tempo em que aumenta a confiabilidade dos projetos. Ao aliar rigor técnico às exigências clínicas, a engenharia computacional contribui diretamente para o desenvolvimento de dispositivos médicos mais seguros, eficientes e adequados ao uso prolongado em pacientes.   Referências MALINAUSKAS, Richard A. et al. FDA benchmark medical device flow models for CFD validation.  Asaio Journal , v. 63, n. 2, p. 150-160, 2017. SIEMENS. Applying simulation and CFD for better medical device designs with Terumo Corporation . Siemens Blog, 18 mar. 2022. Disponível em: https://blogs.sw.siemens.com/medical-devices-pharmaceuticals/2022/03/18/applying-simulation-and-cfd-for-better-medical-device-designs-with-terumo-corporation/ . Acesso em: 5 jun. 2025. SARIZEYBEK, Ceren.  DESIGN OF CENTRIFUGAL BLOOD PUMP . 2020. Tese de Doutorado. İzmir Institute of Technology. HAN, Dong et al. Computational fluid dynamics analysis and experimental hemolytic performance of three clinical centrifugal blood pumps: Revolution, Rotaflow and CentriMag.  Medicine in novel technology and devices , v. 15, p. 100153, 2022. Garanta projetos de dispositivos médicos mais seguros e eficientes desde a fase de desenvolvimento. Fale com a CAEXPERTS e descubra como a simulação computacional pode otimizar seu projeto de bombas de sangue, reduzindo custos, prazos e riscos. Agende uma reunião! WhatsApp: +55 (48) 98814-4798 E-mail: contato@caexperts.com.br

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Simulações acústicas ajudam a analisar a qualidade do ruído em projetos, Ferramentas produtivas para projetar, refinar e validar protótipos em todo o ciclo de desenvolvimento. Aeroacústica; Elemento de Fronteira, Ray Acoustics, solvers FEM/BEM; modelagem acústica; 3D Meshing for Acoustics; SIMCENTER 3D; SIEMENS Programa de Especialização em CAE Na CAEXPERTS, entendemos que a digitalização e simulação computacional é uma realidade para a indústria e neste contexto a capacitação é essencial para enfrentar desafios reais de engenharia. O Programa de Especialização em CAE foi idealizado para profissionais que buscam aprofundar seus conhecimentos com a aplicação de ferramentas de simulação computacional para resolver desafios reais da engenharia, garantindo que você ou sua equipe estejam preparados para transformar ideias em soluções. Domine a simulação computacional na prática e seja um especialista valorizado pela indústria. Participe do Nosso Programa de Especialização em CAE Preencha os dados abaixo e vamos construir este capítulo em parceria. Nome E-mail Telefone/WhatsApp Empresa Enviar Obrigado! Logo entraremos em contato. Por que escolher nosso Programa de Especialização? O que você vai aprender? Quem deve participar? Personalizado: trabalhamos lado a lado, desde a seleção de temas relevantes, o estudo do estado da arte, as etapas de desenvolvimento técnico científicas, capacitações até e a conclusão do projeto. Tecnologia: nosso programa permite acesso aos melhores software de CAE do mercado e é voltado à utilização eficiente de softwares aplicados a casos práticos. Projetos Reais: a formação é desenvolvida a partir de desafios reais da indústria, proporcionando um aprendizado aplicado e prático que prepara você para desafios concretos. Artigos e Procedimentos: a combinação de teoria e prática culmina na produção técnico científico de materiais baseados em experiências práticas, criando um legado de conhecimento e documentação para a indústria. Nosso programa inclui: Exploração de Tecnologias Avançadas: Atualize-se com o que há de mais recente em software e técnicas de engenharia. Resolução de Problemas Reais: Aprenda com projetos inspirados em desafios enfrentados por empresas reais, garantindo um aprendizado direto e significativo. Criação de Procedimentos Específicos: Desenvolva procedimentos que podem ser aplicados imediatamente em sua organização. Nosso programa é ideal para: Engenheiros que desejam aprimorar habilidades em engenharia computacional e uso de software CAE. Empresas que buscam capacitar suas equipes para lidar com problemas complexos. Diferenciais da CAEXPERTS Com uma equipe experiente, somos especialistas em unir tecnologia e prática para gerar resultados concretos. Nosso suporte vai além do treinamento, oferecendo consultoria e acompanhamento para garantir que você ou sua equipe alcancem o máximo potencial. Como se inscrever? Entre em contato conosco para e agendar uma conversa personalizada. Estamos prontos para adaptar o programa às suas necessidades e contribuir para o seu sucesso. ⇐ Voltar para Disciplinas