Com o desenvolvimento contínuo da indústria de fabricação, os fixadores como elementos importantes em máquinas e estruturas, seu desempenho e qualidade têm um impacto crítico na segurança e estabilidade de todo o sistema. Assim, o projeto otimizado de fixadores tornou-se uma área de grande interesse. Na prática de projetos otimizados de fixadores, o método de análise de elementos finitos é cada vez mais utilizado. Ele fornece aos projetistas ferramentas poderosas que podem ajudá-los a analisar com precisão as propriedades mecânicas dos fixadores e otimizar o projeto com base nos resultados da análise.
A análise de elementos finitos é um método de análise numérica que permite discretizar um sistema físico contínuo em um modelo composto por um número finito de elementos e simular e prever matematicamente o comportamento do sistema. No projeto otimizado de fixadores, a análise de elementos finitos pode ser utilizada para simular o comportamento estático e dinâmico de fixadores, bem como para avaliar a distribuição de tensões, deformações e deslocamentos em diversas condições de operação.
Ao realizar o projeto otimizado de fixadores, em primeiro lugar, de acordo com o cenário de aplicação real e os requisitos de design, os objetivos de otimização e as variáveis de design devem ser determinados. Estes objectivos e variáveis podem incluir a redução do peso, o aumento da resistência, a redução das vibrações, etc. Em seguida, é realizada uma avaliação de desempenho dos fixadores, utilizando o método de análise de elementos finitos, para determinar se o projeto atual atende aos requisitos. Se não for cumprido, o projeto precisa ser otimizado. Os métodos de otimização podem incluir mudanças de materiais, melhoria de estruturas, otimização de processos, etc.
Por exemplo, para a estrutura de uma conexão aparafusada, podemos otimizar sua estrutura alterando parâmetros como diâmetro, comprimento, passo do parafuso, etc. Ao mesmo tempo, podemos considerar o uso de materiais de alta resistência para melhorar a força e rigidez dos parafusos. No processo de otimização, a análise de elementos finitos pode nos ajudar a prever com precisão o impacto dessas alterações no comportamento estrutural como um todo.
A verificação experimental é um ponto importante para o projeto otimizado de fixadores. Através de testes experimentais, foi possível comparar o projeto otimizado com o original para avaliar o efeito e a confiabilidade da otimização. O conteúdo do teste experimental pode incluir testes estáticos, testes de fadiga, testes de vibração, etc. Esses testes podem nos ajudar a obter uma visão completa do desempenho dos fixadores otimizados em aplicações reais.
Verificou-se experimentalmente que, se a solução de design otimizada tiver um bom desempenho, podemos colocá-la em produção. Se os resultados experimentais não forem ideais, então precisamos voltar ao projeto e otimizar novamente.
Em geral, o projeto otimizado de fixadores baseado na análise de elementos finitos é um método eficiente e preciso. Pode ajudar os designers a identificar e resolver problemas potenciais em uma fase inicial, melhorando assim o desempenho e a qualidade do produto. No entanto, o método dos elementos finitos apresenta algumas limitações, tais como problemas de precisão do modelo, sensibilidade dos parâmetros, entre outros. Portanto, os projetistas precisam fazer uma consideração integrada com a situação real e o conhecimento profissional ao usar o método de análise de elementos finitos para obter a solução de projeto mais satisfatória.
As linhas de pesquisa futuras incluem principalmente o aumento da precisão da análise de elementos finitos, o desenvolvimento de algoritmos de otimização mais inteligentes e a consideração do impacto de fatores transversais multidisciplinares no desempenho dos fixadores. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia computacional e dos métodos numéricos de cálculo, é razoável acreditar que o projeto otimizado de elementos de fixação, baseado na análise de elementos finitos, desempenhará um papel cada vez maior em uma gama mais ampla de aplicações práticas.
