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CAD/CAE
Desenho Assistido por Computador
Professor: Leonard Fernandes e Silva

AGENDA
■ CAD
– Introdução;
– Softwares de CAE disponíveis no mercado - Gratuitos/Mais utilizados;
– Porque aprender CAD?
– Estudo de Caso – Projeto Mini Baja Sae
– Vantagens e desvantagens do CAD.
■ CAE
– Introdução;
– Softwares de CAE disponíveis no mercado;
– Tipos de simulação possíveis através de CAE;
– Método dos elementos finitos;
– Estudo de Caso 1 – Análise de Rigidez Torcional de um Protótipo Baja;
– Estudo de Caso 2 – Comparação dos Processos de Moldagem por Injeção Comum e
Moldagem por Compressão de Injeção para Fabricação de Microlente de Alta Precisão;
– Vantagens e desvantagens do CAE.
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CAD (computer aided design)
■ Desenho assistido por computador (DAC) ou CAD (do inglês: computer aided
design) nada mais é do que um recurso computacional voltado para a
elaboração e controle de desenhos de estruturas durante a fase de projeto.
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■ 1950 – Inicio de aplicações de computadores em auxílio das engenharias. Criação de
gráficos monocromáticos a partir de um computador.
■ 51 – Aparecimento dos primeiros terminais gráficos e impressoras
■ 53 - Aparecimento das primeiras impressoras
■ 58 – Dispositivos de aquisição de dados
■ 62 – Primeiro trabalho gráfico em três dimensões
■ 70 – A IBM revoluciona o mercado CAD com a padronização da linguagem gráfica e
técnicas computacionais para 3D
■ 80 – Começa-se a desenvolver sistemas que interliguem os softwares directamente à
produção
■ 90 – Desenvolvimento de sistemas operacionais robustos para a aplicação em
computadores, redução de custos em hardware e "super" utilizadores especializados
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■ Uma pequena lista de profissionais que provavelmente utilizam o CAD em seus
trabalhos:
– Arquitetos
– Engenheiros Civis
– Engenheiros Eletricistas
– Engenheiros Mecânicos
– Engenheiros de Produção
– Engenheiros Estruturais
– Engenheiros Acústicos
– Designers
– Gestão de Facilidades
– Vistoriadores
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CAD disponíveis no mercado –
Gratuitos
■ 1 – BRL-CAD
■ 2 – FREECAD
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■

CAD disponíveis no mercado – Gratuitos
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■ 3 – LIBRECAD
■ 4 – OPENSCAD
■ 5 – QCAD

CAD disponíveis no mercado – Mais
utilizados
■ SolidWorks
Desenvolvido em 1993 pela SolidWorks Corporation, o software foi adquirido em 1997 pela
Dassault Systèmes S.A.. Com sede em Vélizy, França o Solid Works atende os setores
industriais, médico, científico, consumidor, produção, educacional, tecnológico e de
transportes.
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utilizados
■ Autodesk Inventor
A Autodesk, Inc. é uma empresa americana de software de design e de conteúdo digital. Foi
fundada por John Walker e 12 outros co-fundadores em 1982, que iniciou com a produção do
Software AutoCAD em 2D e posteriormente o Inventor em 1999.
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utilizados
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Solid Works Autodesk Inventor

Porque aprender CAD?
■ Além de ser um pré-requisito em algus
ramos da engenharia:
■ 16% de diminuição dos protótipos.
■ Acontece a redução de tempo em 34% para finalizar os
projetos.
■ Com poucos erros existem 21% de aumento na economia da
sucata.
■ O ciclo do projeto tem redução em 23%.
■ Ocorre uma redução de 20% em engenharia.
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Estudo de Caso 1– Mini Baja SAE
■ Modelagem da estrutura e demais
componentes de forma prática e eficaz;
■ Verificação dos ângulos de ergonomia
exigidos pela regra da competição;
■ Possibilidade de verificar possíveis
interferências entre componentes antes da
fabricação e montagem do protótipo;
■ Facilidade na modificação e correção do
projeto;
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Vantagens CAD
■ Os programas CAD modernos podem
proporcionar melhorias significativas, como:
– aumento da produtividade do
engenheiro;
– permitir que o engenheiro lide com
problemas mais complexos;
– redução da ocorrência de erros;
– diminuição do tempo de projeto;
– redução dos custos com o melhor
aproveitamento dos recursos.
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CAE – Computer Aided Engineering
■ Engenharia Auxiliada por Computador
■ Programas de computador que realizam análises para auxiliar no
desenvolvimento de projetos de engenharia.
■ Simulação, validação e otimização de produtos .
■ Sustentados por ferramentas CAD (dimensão, material, acabamentos)
■ Análises estáticas, dinâmicas, térmicas, magnéticas, de fluidos, acústicas, de
impacto e simulações.
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CAE – Softwares
■ ANSYS
■ ABAQUS
■ CATIA
■ LS-DYNA
■ PAM-CRASH
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CAE – Métodos
■ MEF: Método dos Elementos Finitos
– Técnica de resolução numérica baseada na consideração que um
componente qualquer pode ser descrito por um conjunto de diversos
pequenos componentes, denominados elementos, que apresentam
geometria simples e comportamento físicos conhecidos.
– Aplicada em campos como: mecânica estrutural, mecânica dos fluidos e
eletromagnestimo.
■ CFD : Fluidodinâmica computacional
– Simulação de processos físicos e/ou químicos que apresentam
escoamento.
– Os softwares de CFD podem ser aplicados em sistemas que tenham a
presença de diferentes tipos de fluidos – água, óleo, ar, petróleo, entre
outros – e atuam na predição de campos de concentração, velocidade,
pressão, temperaturas, propriedades turbulentas, processos químicos,
combustão, etc.
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CAE – Computer Aided Engineering
■ Aplicações
– Indústria automobilística
– Aeronáutica
– Construção civil
– Aplicações acadêmicas
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Método dos Elementos Finitos
■ Método numérico para solução de problemas de engenharia e física
matemática, através da resolução aproximada de equações diferenciais
parciais;
■ Normalmente é utilizado para resolução daqueles que não são analíticos, uma
vez que há um custo operacional envolvido, sendo o principal aquele gerado
pelo processamento computacional.
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■ O surgimento do MEF se deu principalmente pelo crescimento da indústria
aeroespacial, da necessidade por estruturas leves e da análise confiável de
tensões;
■ Sua gama de aplicabilidade é bastante extensa, podendo ser útil nas áreas de:
análises de tensões, escoamento de fluidos, transferência de calor, campos
eletromagnéticos, mecânica dos sólidos, acústica, biomecânica, dentre outros.
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■ O método dos elementos finitos tem como principal objetivo reduzir um objeto
complexo, com descontinuidades e geometria randômica a um modelo similar
discreto com um número finito de elementos.
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■ Refinamento de malha:
– Refinamento-p: aumento do número de elementos para o modelo dado,
reduzindo-se consequentemente o tamanho individual do elemento;
– Refinamento-h: mantém inalterado o tamanho do elemento, porém
aumenta a ordem dos polinômios que são usados como funções de
interpolação.
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■ Em uma analisa por elementos finitos, normalmente são conhecidas as forças
atuantes no sistema e também as características do material que está sendo
utilizado, como o coeficiente de Poisson e o módulo de elasticidade. Da álgebra
matricial, sabe-se que:
Onde {F} é o vetor das forças nodais, [K] é a matriz de rigidez e {U} é o
vetor dos deslocamentos nodais.
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■ O método matemático por trás dos elementos finitos consiste basicamente no
cálculo do vetor {U} , sendo obtido pelo produto da inversão da matriz [K] pelo
vetor de forças nodais {F}:
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■ Obtenção da matriz inversa.
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■ Visão geral do MEF.
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■ Cálculo das tensões com base nos deslocamentos (Lei de Hooke).
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Obtido do MEF

Análise por elementos finitos: Binário de
1000 N nas mangas dianteiras
(Hyperworks)
Aparato experimental em CAD: torção
dianteira
Resultados: Valor teórico: 1169 Nm/grau; Valor experimental: 1029 Nm/grau; Discrepância: 12 %
Estudo de Caso 1 – Análise de Rigidez
Torcional de um Protótipo Baja

Resultados: Valor teórico: 1169 Nm/grau; Valor experimental: 1029 Nm/grau; Discrepância: 12 %
Estudo de Caso 1 – Análise de Rigidez
Torcional de um Protótipo Baja
Aparato experimental real: torção traseira

Estudo de Caso 2 – Comparação dos Processos
de Moldagem por Injeção Comum e Moldagem
por Compressão de Injeção para Fabricação de
Microlente de Alta Precisão
962123 elementos após o refino da malha

Software: Autodesk Moldflow;
Material: Zeonex E48;
Máquina: Arburg Allrounder 270 A.

Embora a simulação tenha
mostrado que era possível obter
melhores resultados através da
compressão de injeção, na prática
ocorreu justamente o contrário. O
excesso de pressão juntamente
com a interatividade dos demais
parâmetros de injeção prejudicou a
ferramenta e o acabamento
superficial da peça.
IM ICM

Moldagem por Injeção Moldagem por Compressão de Injeção

Inserto da metade móvel Inserto da metade fixa

CAE – Vantagens
■ Redução de tempo e custo de um projeto
■ Elimina ou reduz significativamente a construção de protótipos para testes,
reduzindo o tempo de concepção do produto
■ A realização de cálculos complexos de engenharia realizados pelo computador,
aumenta a produtividade do projeto
■ Permite simular o processo de fabricação do produto, reduzindo assim os reais
custos de fabricação
■ A detecção de erros na fase de desenvolvimento reduz o custo com as
correções
■ Permite maior confiabilidade e qualidade para o produto
■ Aumenta a competitividade
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CAE – Desvantagens
■ Necessita de estações de trabalho dedicadas a essa atividade
■ Necessita de mão de obra qualificada,
■ Custos elevados
■ Nem sempre a utilização do protótipo pode ser totalmente descartada
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REFERÊNCIAS
■ Introduction to Finite Element Analysis (FEA) or Finite Element Method
(FEM). UNIVERSITY OF VICTORIA UVIC;
■ CAE – Computer aided engineering. UNIVERSIDADE DE MOGI DAS
CRUZES;
■ Ficha de Especificação Técnica do Veículo. Competição Baja SAE
Nordeste 2015. EQUIPE CARPOEIRA BAJA;
■ Moldflow Simulation of Injection Molding and Injection-Compression
Molding of a Spheric Micro-Lens. FRAUNHOFER IPT.
■ CAD, CAE E CAM: Qual a diferença? Blog de engenharia elétrica moderna
E3.
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