UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento de Engenharia Mecânica Centro Tecnológico Engineering Simulation and Scientific Software Ltda. RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 DEZ-09 Aluno: Antonio Carlos Guimarães Neto Supervisor Local: Fabiano Nunes Diesel, M. Sc. Professor Orientador: Prof. Eduardo Fancello, Dr. Eng. Florianópolis, dezembro de 2009.
1) Introdução O estágio curricular tem como finalidade colocar em prática os conhecimentos teóricos adquiridos no decorrer do curso de engenharia mecânica, permitindo que o estudante desenvolva atividades realizadas por profissionais da área e estabeleça uma base preparatória para o mercado de trabalho. Este documento relata as atividades desenvolvidas durante o período de estágio realizado na empresa ESSS Engineering Simulation and Scientific Software Ltda., situada na cidade de Florianópolis, Santa Catarina, no período de 03/08/2009 a 31/12/2009. O estágio foi realizado na divisão CAE (Computer Aided Engineering) e consistiu no estudo, aplicação e desenvolvimento de trabalhos na área de análise estrutural pelo método dos elementos finitos (Finite Element Analysis FEA). 2
2) Atividades Realizadas no Período Introdução Conforme decrito no relatório de estágio anterior (Relatório de Estágio 2/3), o período de estágio extracurricular na empresa ESSS iniciou-se em abril de 2008, extendendo-se até dezembro de 2009, como estágio curricular. O objetivo do estágio curricular é dar continuidade aos projetos que já estavam em desenvolvimento, e também de participar dos novos projetos que forem solicitados. As principais atividades em andamento são o desenvolvimento de serviços de consultoria para indústrias mecânicas e indústrias de processos químicos, realização de suporte técnico a clientes (em menor escala, apenas em casos específicos), apoio técnico à equipe de novas vendas (tanto em visitas a clientes como em contatos via telefone) bem como realização de treinamentos. Atividades Desenvolvidas no Período Após quase um ano em atividade de estágio extracurricular, foi possível ter uma boa noção do tipo de trabalho realizado pela empresa. O aprendizado obtido foi muito grande, agregando muito conhecimento técnico ao aluno/estagiário. Nos dois primeiros relatórios, foram descritos, além dos trabalhos realizados, os treinamentos de qual o estagiário participou na empresa, principalmente no período inicial. Neste relatório, serão brevemente descritos alguns trabalhos técnicos dos quais o estagiário participou, bem como atividades externas (comerciais e institucionais) da empresa. Instrução de Treinamentos Depois do bom aproveitamento durante o aprendizado, foi possível colocar em prática o conhecimento adquirido e repassar boa parte da experiência a novos usuários das ferramentas utilizadas. Houve, durante o período, três oportunidades de ministrar treinamentos na área de FEA. O primeiro deles foi um treinamento in company realizado com 6 engenheiros da empresa AGCO, de Canoas-RS, holding das marcas Valtra e Massey Ferguson. O treinamento realizado foi de ANSYS Mechanical Introdutório, com carga horária de 24 horas, e faz parte de um acordo comercial, após a venda de um pacote de licenças de software à empresa. Além da 3
teoria, foram realizados exercícios práticos (workshops) ao final de cada capítulo. Por ser a primeira experiência do estagiário como instrutor de treinamento, foi solicitado ao final do treinamento que o questionário de avaliação fosse preenchido com sinceridade, para que pudesse ser dado um feedback ao instrutor, possibilitando uma melhora em oportunidades posteriores. Os alunos deram algumas sugestões, que foram muito válidas, e elogiaram muito o instrutor para um primeiro treinamento. Figura 1 - Planta da AGCO em Canoas Algumas semanas depois houve a oportunidade de realizar um treinamento no PTI Parque Tecnológico Itaipu, um centro de tecnologia mantido pela Itaipu Binacional, dentro do complexo de mesmo nome em Foz do Iguaçu PR. O PTI é uma fundação que conta com diversos laboratórios de pesquisas relacionadas à geração de energia, além de abrigar um campus da Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE. O treinamento fez parte de um acordo comercial realizado após a venda de um pacote de softwares para um dos laboratórios do parque, o CESB Centro de Estudos em Segurança de Barragens. O CESB comprou licenças de software de análise estrutural (ANSYS Mechanical), análise estrutural aplicada à construção civil (CivilFEM) e dinâmica dos fluidos computacional (ANSYS CFX). Foram realizados ao total quatro treinamentos, sendo: ANSYS CFX Introdutório ANSYS Mechanical Introdutório (interface Workbench) ANSYS Mechanical APDL Introdutório (interface clássica) CivilFEM Introdutório Coube ao estagiário ministrar o treinamento de ANSYS Mechanical APDL Introdutório (interface clássica) para um grupo de 12 alunos. Esse grupo era formado por engenheiros da ITAIPU Binacional, pesquisadores do CESB, estudantes de engenharia da UNIOESTE (bolsistas do PTI) e um professor da UNIOESTE. O curso serviu como base para um treinamento 4
poesterior de CivilFEM Introdutório, que utiliza a interface clássica do ANSYS para pré e pós processamento de análises. Como envolvia alunos de distintas áreas (engenharia civil e engenharia mecânica), bem como com diferentes níveis de preparo e conhecimento, o treinamento foi dado de uma forma extremamente didática, detalhando e revisando diversos conceitos de matemática, física e mecânica dos sólidos. Ao final do terceiro e último dia de treinamento, foi muito gratificante para o estagiário receber elogios dos alunos. O terceiro treinamento realizado foi extremamente prazeiroso, já que foi ministrado para um grupo de colegas e amigos. Devido à participação do estagiário na Equipe UFSC Baja SAE, houve uma aproximação da ESSS com o projeto extracurricular, de forma a oferecer aos alunos licenças de softwares, suporte técnico e treinamentos. O primeiro treinamento realizado foi de ANSYS Mechanical Introdutório, com uma carga de 16 horas. Foi realizado na sala de informática do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC com uma turma de 9 alunos, todos integrantes da equipe. Apoio Técnico à Equipe de Novas Vendas Foi solicitado ao coordenador da equipe técnica de FEA da ESSS, Fabiano Nunes Diesel (também supervisor local do estagiário) um auxílio técnico para um processo de venda de software para um fabricante de implementos rodoviários. O coordenador da equipe designou este estagiário para a tarefa. O trabalho consistiu em realizar um workshop na empresa, tratando sobre as funcionalidades e a facilidade de trabalho com o gerador de malhas do pacote Workbench 2.0, o ANSYS Meshing. Foi realizado de forma simples e rápida o processo de geração de malhas em um quadro de carreta rodoviária para transporte de cargas durante uma visita à empresa, em Caxias do Sul RS. Este é um processo que envolve muito tempo nos trabalhos de análise estrutural na área de implementos rodoviários, sendo vital uma ferramenta de geração de malha rápida, eficiente e confiável. Estavam presentes na reunião 5 engenheiros da empresa, 1 coordenador de desenvolvimento de produto, o gerente de negócios da ESSS e este estagiário. 5
Figura 2 - Quadro de carreta rodoviária após o processo de geração de malha no ANSYS Meshing Houve participação em diversos serviços de consultoria, que mais uma vez alguns deles não podem ser detalhados por questões de sigilo de informações. Alguns dos trabalhos mais relevantes desenvolvidos serão mostrados nessa seção. Além de apoio à equipe de novas vendas para clientes comerciais, houve também um apoio ao setor de contas acadêmicas. Devido à proximidade com a Universidade, e principalmente pelo fato do estagiário fazer parte do LEBm-HU/UFSC, houve uma aproximação e o fechamento de uma parceria entre a empresa e o grupo de pesquisa. Esta é uma parceria interessante para os dois lados (universidade / empresa), e deve render bons trabalhos. 2009 ESSS South American ANSYS Users Conference Realizada de 10 a 13 de novembro, no Costão do Santinho Resort, em Florianópolis, a maior conferência de simulação computacional da América do Sul reuniu mais de 200 usuários que aproveitaram o encontro para adquirir novos conhecimentos e acompanhar como as mais avançadas empresas, universidades e centros de pesquisa da América do Sul estão utilizando o ANSYS para solucionar complexos problemas de engenharia, melhorar processos e reduzir o tempo de concepção e lançamento de produtos com o auxílio da simulação multifísica. 6
Figura 3 - Sessão plenária com Paul Galpin, da ANSYS Inc O primeiro dia do evento foi dedicado exclusivamente aos oito cursos avançados de simulação, os quais reuniram mais de 70 participantes interessados em desenvolver habilidades relacionadas ao melhor aproveitamento dos recursos disponíveis nos softwares oferecidos pela ESSS. A maioria dos cursos prosseguiu nos dias 11 e 12 de novembro, antecedendo as sessões plenárias da conferência, que contaram com a apresentação de representantes de parceiros e clientes da ESSS como ANSYS, Inc., SKF do Brasil, ArvinMeritor, Petrobras, Esteco NA, Computational Engineering International (CEI), Ciber Equipamentos Rodoviários, IPEN/CNEN, Technip e DEM Solutions. Ainda nos dias 11 e 12 de novembro foram realizadas as Sessões Técnicas e as demonstrações sobre as funcionalidades dos softwares (Technical Topics), que prosseguiram no dia 13 de novembro, data de encerramento do evento. Figura 4 - Sessão técnica de apresentação de trabalhos de usuários 7
Coube ao estagiário buscar uma maior aproximação com estudantes da UFSC envolvidos em trabalhos relacionados à simulação numérica em engenharia, fazendo com que houvesse uma participação expressiva de estudantes no evento. O resultado foi extremamente proveitoso, já que alunos da UFSC de diversos grupos de trabalho (GRANTE, Baja SAE, POLO, LCP/EQA) participaram do evento e puderam aproveitar a oportunidade. Além disso, o estagiário participou de um treinamento com carga horária de 12 horas de introdução à utilização do software modefrontier. O modefrontier é uma poderosa ferramenta de otimização multidisciplinar multiobjetivo, desenvolvida pela empresa ESTECO, e representada em toda a América do Sul pela ESSS. Figura 5 - Interface gráfica do modefrontier O estagiário participou do evento também como autor de trabalho técnico para apresentação na seção de Biotechnology. O trabalho, desenvolvido sob orientação do Prof. Eduardo Fancello e do coordenador do LEBm-HU/UFSC Rodrigo Roesler, descrevia a primeira etapa de um trabalho que está se iniciando no grupo acadêmico de desenvolvimento de implantes ortopédicos fabricados em polímeros bioabsorvíveis. O trabalho, desenvolvido na UFSC, conta com o financiamento da FINEP e é destinado a uma indústria nacional de implantes ortopédicos, o Grupo MDT / Biotechnology. O tipo de implante que se está desenvolvendo é um parafuso de interferência, utilizado na cirurgia de artroscopia do joelho (fixação ligamentar). Esses parafusos podem ser fabricados 8
em materiais metálicos (aço inoxidável, liga de titânio), materiais poliméricos (PEEK) e biopolímeros (PLLA/PLDLA). Dentre os principais potenciais dos materiais bioabsorvíveis, destacam-se: facilidade para cirurgia de revisão, pelo fato de permitir a intervenção com broca, gerando fragmentos que podem ser abostvidos pelo corpo; não gera artefatos durante exames de acompanhamento (interferências na imagem), permitindo maior clareza durante o diagnóstico por imagem. Além disso, degradam-se dentro do organismo, sendo expelido pela urina ao longo do tempo. Figura 6 - Parafuso de interferência Figura 7 - Fixação ligamentar do joelho O objetivo do trabalho é criar um modelo de material para uso em testes com novos materiais (PLDLA). Durante o início dos trabalhos, foram encontradas algumas dificuldades no que diz respeito à determinação das propriedades e do comportamento mecânico do material. Dentre elas, citam-se: Comportamento de material não-linear e desconhecido Geometria complicada 9
Alto custo dos produtos A solução encontrada para determinar o comportamento do material, que possui uma geometria extremamente complexa, foi de realizar ensaios mecânicos e reproduzí-los numericamente. As curvas resultantes dos ensaios numéricos devem então ser ajustadas com as curvas obtidas experimentalmente, ajustando os parâmetros de entrada do material. Figura 8 - Ensaio de torção com parafuso Figura 9 - Curva de ensaio de torção numérico 10
Figura 10 - Ensaio de compressão numérico Figura 11 - Curva de ensaio de compressão numérico Devido à dificuldade de trabalhar com uma geometria extremamente irregular como a do parafuso, decidiu-se iniciar os processos de calibração numérico/experimental com uma geometria simples, e onde se conhece o comportamento do material. A geometria escolhida foi o corpo de prova do tipo gravata e o material o PVC. 11
Figura 12 - Curvas experimentais obtidas para o PVC Figura 13 - Geometria do corpo de prova do tipo gravata Como entrada para o material, escolheu-se um modelo simplificado (elasto-plástico multilinear), devido à facilidade de trabalho e de ajuste dos parâmetros. A curva de entrada do material foi parametrizada da seguinte forma: 12
Figura 14 - Curva de entrada parametrizada do material Os parâmetros foram definidos conforme mostra a tabela abaixo: Figura 15 - Valores dos parâmetros fixos e variáveis Os ensaios numéricos foram realizados com dezesseis combinações diferentes de parâmetros, de forma a analisar a influência dos parâmetros de entrada sobre o comportamento do corpo de prova mediante esforços trativos. Além da geometria deformada de cada um dos corpos de prova, foram analisadas as curvas Força x Deslocamento obtidas nas análises. 13
Figura 16 - Geometria deformada de um dos corpos de prova analisados (modelo de simetria) Figura 17 - Curvas Força x Deslocamento obtidas nas análises realizadas Este trabalho ainda está em desenvolvimento. Está em andamento uma análise de sensibilidade dos parâmetros de saída sobre os parâmetros de entrada e o processo de ajuste de curvas. À medida que este processo estiver validado para a geometria do corpo de prova do tipo gravata, serão iniciados os trabalhos com a geometria do parafuso de interferência, bem como com modelos mais sofisticados de materiais. 14
3) Conclusões Sendo o terceiro de uma série de três relatórios, encerra-se aqui o processo de estágio curricular obrigatório do aluno do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, Antonio Carlos Guimarães Neto. Sob coordenação do M. Sc. Eng. Fabiano Nunes Diesel, e orientação do Prof. Eduardo Fancello, o estágio realizado na divisão de CAE da empresa ESSS de Florianópolis foi de fundamental importância na formação do aluno. Foi um período de total imersão profissional, onde o estagiário precisou lidar com prazos, responsabilidades, trabalho em equipe, planejamento, hierarquia, remuneração salarial, etc. Foi uma imersão em um ambiente corporativo, mas que tem como forte característica a inovação tecnológica, lembrando em muito uma instituição de pesquisa científica. As experiências adquiridas nesse período serão utilizadas ainda por muito tempo, sendo apenas o início de um processo que espera-se que seja de muito sucesso. 15
4) Referências [1] www.esss.com.br [2] www.ansys.com [3] Guimarães Neto, A. C. B.; Roesler, C. R. M.; Vassoler, J. M.; Fancello, E. A. Projeto, Desenvolvimento e Avaliação de Implantes Bioabsorvíveis 16