Os plásticos de engenharia, os quais têm propriedades que permitem associar alto desempenho com baixo peso, frequentemente são selecionados para atender aos requisitos de peças leves e complexas. Contudo, o projeto desses componentes é complexo, uma vez que não apenas as propriedades específicas do material, como também um projeto adequado à manufatura, precisam ser considerados.

A eletrificação automotiva impõe novos desafios devido ao advento de novos módulos, componentes e a alteração de sua situação de instalação, e maior demanda em termos da acústica no interior do veículo. Isso requer abordagens inovadoras em termos de projeto estrutural para conseguir um equilíbrio entre características de desempenho estrutural e acústico dentro dos limites impostos de peso e custos. Portanto, a simulação holística de plásticos de engenharia, em particular a previsão do comportamento do componente em termos de ruído, vibração e desconforto (Noise, Vibration and Harshness, NVH), é um aspecto importante em seu desenvolvimento e deve constituir a base para as decisões sobre o material e projeto já na sua fase inicial.

A Altair oferece soluções para todo o ciclo de desenvolvimento de produtos automotivos, desde estudos de viabilidade, desenvolvimento de conceitos e otimização de variantes, até otimização multidisciplinar detalhada (Altair)

Entraves organizacionais e transformação

O projeto de componentes plásticos estruturalmente relevantes, que visa melhorar o seu comportamento em termos de NVH, geralmente começa com análises de sensibilidade. O objetivo é determinar os parâmetros que exercem influência significativa sobre as propriedades do componente. Uma vez identificados os parâmetros, determina-se o melhor conceito de compromisso com o máximo desempenho e peso comparativamente baixo, usando um processo iterativo de otimização. A otimização de topologia é uma importante ferramenta de projeto, a qual apresenta máxima efetividade ao determinar a topologia de um componente logo no início da fase de projeto, de forma a criar conceitos direcionados para a carga mecânica e manufaturabilidade.

O projeto de componentes plásticos estruturalmente relevantes, que visa melhorar o seu comportamento em termos de NVH, geralmente começa com análises de sensibilidade. O objetivo é determinar os parâmetros que exercem influência significativa sobre as propriedades do componente. Uma vez identificados os parâmetros, determina-se o melhor conceito de compromisso com o máximo desempenho e peso comparativamente baixo, usando um processo iterativo de otimização. A otimização de topologia é uma importante ferramenta de projeto, a qual apresenta máxima efetividade ao determinar a topologia de um componente logo no início da fase de projeto, de forma a criar conceitos direcionados para a carga mecânica e manufaturabilidade.

Com base no conhecimento obtido em muitos projetos, a Altair desenvolveu uma série de novos blocos de construção de processos. Eles simplificam a aplicação da otimização de topologia como uma chave estratégica para a redução de massa e o desenvolvimento de componentes e sistemas sustentáveis. Isso resulta em economia de tempo de até 80% na criação do modelo, viabilizando assim um prazo maior para a avaliação das diversas alternativas para o projeto e aprimoramento da solução técnica (figura 1).

Fig. 2 – Ao desenvolver insertos estruturais, os engenheiros da Sika conseguiram eliminar etapas de trabalho demoradas com a ajuda do fluxo de trabalho “Altair Design Space”, de modo que os resultados ficam disponíveis em minutos, ao invés de horas (Sika)

Insertos estruturais para veículos mais leves e silenciosos

A Sika Automotive AG (Suíça) é um importante parceiro em atividades de desenvolvimento para fabricantes e fornecedores de automóveis, devido à sua gama de sistemas para colagem, vedação, amortecimento, reforço e proteção, bem como soluções para a redução de ruído e vibração na manufatura de carrocerias. Ao desenvolver insertos estruturais, normalmente a empresa cria um esboço inicial e depois ajusta o projeto até que seja obtida a melhor relação entre desempenho e peso.

Para conseguir uma compreensão mais profunda sobre onde posicionar melhor o material na carroceria bruta (Body in White, BIW), a equipe usa o software Altair OptiStruct ao longo de seu fluxo de trabalho de análise estrutural e NVH. A Sika, juntamente com a Altair, analisou a abordagem atual para estudos sobre NVH e identificou várias áreas com potencial para melhoria. Para acelerar o processo de desenvolvimento, os especialistas em simulação recomendaram o fluxo de trabalho do Altair Design Space, que a Sika aplicou em um estudo sobre uma coluna D.

Acelerando a modelagem e a tomada de decisões

Ao usar o fluxo de trabalho anteriormente estabelecido, a Sika necessitava de até três horas para criar o espaço para construção a fim de gerar uma ideia para o conceito inicial de um inserto para a coluna D. Com o novo fluxo de trabalho, os engenheiros definiram o espaço de construção, criaram uma malha de pixels volumétricos (voxels), modificaram os pontos de interseção e precisaram de menos de 40 minutos para preparar a simulação. Além da aceleração na tomada de decisões, a Sika se beneficiou da facilidade do uso da solução, que permite que a equipe obtenha resultados mais rápido. Usando o fluxo de trabalho do Altair Design Space, os engenheiros da Sika eliminaram etapas de trabalho demoradas, o que fez com que eles obtivessem os resultados em minutos, ao invés de horas, permitindo decisões mais rápidas sobre a aceitação ou não de posições em potencial para seus insertos estruturais na carroceria bruta (figura 2). Como o tempo de modelagem foi reduzido em 70%, a equipe pôde investir mais tempo na aquisição de um conhecimento mais profundo sobre a peça e aprimorá-la ainda mais por meio de iterações (figura 3).

Fig. 2 – Ao desenvolver insertos estruturais, os engenheiros da Sika conseguiram eliminar etapas de trabalho demoradas com a ajuda do fluxo de trabalho “Altair Design Space”, de modo que os resultados ficam disponíveis em minutos, ao invés de horas (Sika)

Fig. 3 – Graças a uma redução de 70% do tempo de modelagem, a equipe da Sika conseguiu aprimorar ainda mais o componente por meio de iterações. Esquerda: construção do espaço do modelo em um fluxo de trabalho tradicional; centro: modelo criado usando o fluxo de trabalho do Altair Design Space; direita: exemplo de aprimoramento da coluna “D” em termos de NVH (Sika)

Conclusão

Digitalização e processos aprimorados para maior sustentabilidade Em contraste com a abordagem tradicional, os processos aqui descritos reduzem atividades manuais, unificam tarefas do fluxo de trabalho e reduzem o tempo de modelagem em até 70 a 80%. Isso reduziu o tempo de desenvolvimento (figura 4), permitindo que as equipes de engenharia se concentrassem em trabalhos mais criativos. Nos exemplos aqui apresentados foi determinado o tempo poupado na modelagem de uma única aplicação. No entanto, normalmente cinco ou mais áreas são necessárias para o uso de nós de estrutura (ou seja, 70% de economia vezes (x) cinco).

Fig. 4 – Comparação de tempos e ganhos organizacionais em eficiência. Acima: processo com a criação convencional de espaço para a construção; abaixo: nova abordagem para criação de espaço para a construção, com foco em CAE (Fonte: Altair; Gráfico: Hanser)

A aplicabilidade mais intensiva da otimização da topologia aumenta a segurança do projeto e leva a uma economia considerável de materiais. Em particular, quando um desenvolvimento suplementar de projetos estabelecidos se encontra pendente, por exemplo, para permitir a substituição de material ou para levar em consideração cargas ou condições de contorno alteradas, a abordagem aqui descrita possibilita o uso estratégico de otimização de topologia em diferentes níveis do desenvolvimento de veículos para a aplicação sustentável de soluções plásticas. Este método, que é fiel ao lema “material que não é usado não precisa ser reciclado”, constitui um importante fundamento para o desenvolvimento de soluções plásticas sustentáveis.