Desenvolvimento de um núcleo versátil e integrado de ferramentas CAD/CAE para a modelagem e simulação de peças mecânicas

Currently there is still a high demand for quality control in manufacturing processes of mechanical parts. This keeps alive the need for the inspection activity of final products ranging from dimensional analysis to chemical composition of products. Usually this task may be done through various nondestructive and destructive methods that ensure the integrity of the parts. The result generated by these modern inspection tools ends up not being able to geometrically define the real damage and, therefore, cannot be properly displayed on a computing environment screen. Virtual 3D visualization may help identify damage that would hardly be detected by any other methods. One may find some commercial softwares that seek to address the stages of a design and simulation of mechanical parts in order to predict possible damages trying to diminish potential undesirable events. However, the challenge of developing softwares capable of integrating the various design activities, product inspection, results of non-destructive testing as well as the simulation of damage still needs the attention of researchers. This was the motivation to conduct a methodological study for implementation of a versatile CAD/CAE computer kernel capable of helping programmers in developing softwares applied to the activities of design and simulation of mechanics parts under stress. In this research it is presented interesting results obtained from the use of the developed kernel showing that it was successfully applied to case studies of design including parts presenting specific geometries, namely: mechanical prostheses, heat exchangers and piping of oil and gas. Finally, the conclusions regarding the experience of merging CAD and CAE theories to develop the kernel, so as to result in a tool adaptable to various applications of the metalworking industry are presented

Com o crescimento das exigências do controle de qualidade na fabricação de peças mecânicas, surgiu a atividade de inspeção de produtos finais, que vai desde a análise dimensional à composição química. Essa tarefa geralmente é feita através de diversos métodos de ensaios não destrutivos que minimizam a possibilidade de falhas das peças. Os resultados produzidos pelas ferramentas utilizadas nas inspeções não são capazes de definir geometricamente um dano (trincas, microtrincas, defeitos de fabricação etc.) e, portanto, não são adequados para a visualização na tela de um computador. Na verdade, técnicas de visualização de objetos virtuais em 3D são capazes de identificar certos danos que dificilmente seriam detectados por outros métodos tradicionais. Existem alguns softwares comerciais que buscam auxiliar as etapas de um projeto e simulação de peças mecânicas no intuito de prever possíveis danos para tentar mitigar possíveis eventos indesejáveis (rompimento de peças, quebra de equipamentos etc.). Entretanto, o desafio do desenvolvimento de softwares capazes de integrar as várias atividades de projeto, inspeção de produtos, resultados de ensaios não destrutivos e simulações de danos ainda precisa da atenção de pesquisadores. Dessa forma, fez-se um estudo metodológico para a elaboração de um kernel (núcleo computacional) piloto do tipo CAD/CAE de grande versatilidade, capaz de auxiliar programadores no desenvolvimento de softwares que usam Engenharia Reversa como base aplicados às atividades de projeto e simulação de casos em que peças mecânicas são submetidas a solicitações diversas. A criação do kernel deu-se através da aplicação da Computação Gráfica em conjunto com as teorias CAD e CAE e com o auxílio da realidade virtual. Nesta dissertação apresentam-se resultados em que o kernel desenvolvido foi aplicado com sucesso a estudos de casos de peças com geometrias específicas, a saber: próteses mecânicas, trocadores de calor e tubulações de petróleo e gás. Finalmente, são apresentadas as conclusões referentes à experiência da hibridização das teorias CAD e CAE para o desenvolvimento do kernel, de forma a resultar numa ferramenta adaptável às mais diversas aplicações da indústria metal-mecânica