05 de Julho de 2022
EMEVIL

Simulação computacional e protótipos virtuais na indústria da construção naval

Atualmente, navios cada vez mais sofisticados e complexos, equipados com ferramentas e sistemas modernos, precisam ser comissionados em um espaço de tempo cada vez mais curto. Os requisitos exigem um ciclo de projeto mais curto, porém otimizado para segurança, equipamentos de alta qualidade, velocidade, capacidade de carga, manuseio de sistemas de comunicação, capacidade de invisibilidade, etc.

A simulação computacional permite que o engenheiro projete com um alto grau de discernimento e realize o máximo de testes virtuais em um computador antes de se comprometer com um projeto específico para prototipagem. Este é o poder de incorporar Computer Aided Engineering (CAE) no processo de desenvolvimento de projetos, possibilitando uma vantagem competitiva para as empresas que investem em simulação computacional.

Para a indústria de construção naval, alguns dos principais desafios são ciclos de projeto longos, projetos extremamente complexos, cumprimento de requisitos contratuais, customizações para necessidades específicas do cliente, desafios geográficos e ambientais. Ciclos de projeto longos significam que o custo das mudanças tardias no ciclo pode ser enorme.

A prototipagem virtual permite a avaliação de um produto inteiro, trazendo-o para o ciclo de design e inovação e combinando inúmeros elementos físicos para ver como o produto operaria em um ambiente do mundo real. As empresas mais bem sucedidas se diferenciam empregando tecnologias de simulação nas primeiras etapas do projeto para reduzir os ciclos de desenvolvimento e diminuir os custos.

Importância da engenharia assistida por computador (CAE)

Engenharia Assistida por Computador (CAE) é a técnica de solução utilizada para a maioria dos problemas de engenharia com o auxílio de sistemas de computação altamente desenvolvidos que envolvem hardware e software. É um método com custo benefício melhor do que a prototipagem “Build and Test”, que envolve alto custo e muito tempo no ciclo de desenvolvimento do produto.

Além disso, a repetição de testes experimentais para vários projetos de produtos não é viável, pois requer altos investimentos. O CAE é usado para prever o comportamento real dos produtos na etapa de projeto básico e em cada etapa do ciclo de projeto (como projeto de desempenho, projeto básico, projeto detalhado e projeto de produção) mesmo antes da fabricação. O desenvolvimento de hardware de computadores e sistemas de rede e códigos de software CAE bem desenvolvidos ajudaram a inovação no projeto e construção de navios.

Figura 1: Simulação típica de um ciclo de desenvolvimento de produto para construção de navios

Enquanto desenvolve o desempenho e o projeto básico, o projetista conta com seu conhecimento coletivo, habilidade e compreensão em muitas áreas de engenharia. Estas podem incluir ciência dos materiais, estática e tensões, dinâmica, transferência de calor, mecânica dos fluidos, interações dos propulsores com o casco e vibração, entre outras. Quanto maior e mais completa a compreensão, maior é a probabilidade de sucesso no ensaio de modelo em tanques de prova.

Desenvolvimento de produtos na indústria naval com simulação (SDPD)

Fabricantes de navios precisam criar um projeto para que possam analisar, construir e testar modelos nos tanques de prova para confirmar o desempenho funcional pretendido do produto. Como resultado, muitas mudanças ocorrem ao longo do caminho, de modo que os cronogramas de desenvolvimento atrasam, os custos disparam e os produtos muitas vezes ficam aquém das exigências do mercado e dos negócios, aumentando assim o risco de insatisfação do cliente e/ou de recalls.

Uma nova abordagem orientada pela simulação para o desenvolvimento de produtos representa uma mudança cultural significativa, uma mudança de paradigma da simulação inicial. Agora muitas das indústrias comerciais e militares de construção naval estão realizando a simulação desde a fase de projeto de desempenho até a fase de projeto de produção para explorar alternativas, detectar falhas e otimizar o desempenho de navios. Este processo permite que decisões importantes sejam tomadas sobre funcionalidade, geometria e materiais no início do ciclo, com base nos resultados da simulação. E também ajuda a reduzir o número de testes de modelos, o que é um processo demorado e caro.

Uma ampla gama de tecnologias é utilizada no desenvolvimento de produtos por meio simulação, incluindo simulações multifísicas, eletromagnetismo, dinâmica de fluidos, análises estruturais, análises de fadiga e falhas, previsões acústicas e otimização de projeto. Utilizando estes e outros tipos de ferramentas de análise em várias fases do projeto do navio, a simulação orienta a direção do projeto para satisfazer de forma otimizada o desempenho, integridade estrutural, confiabilidade, durabilidade, custo e outros requisitos.

Além disso, a simulação orienta nas decisões críticas de troca para equilibrar os objetivos; confiabilidade, velocidade da embarcação e requisitos de peso, por exemplo. Normalmente, muitas alternativas conceituais são avaliadas antes do início do projeto detalhado, utilizando o laboratório virtual.

Figura 2: Benefícios da simulação durante o ciclo de vida de um produto

Soluções Ansys para a indústria de construção naval

Como fornecedora de ferramentas de desenvolvimento de produtos simulados, a Ansys está ajudando as empresas líderes do setor a dominar a integração da simulação a fim de transformar projetos conceituais em produtos top-seller.

A solução é um protótipo virtual e sistema modular de simulação multifísica que é fácil de usar, se estende para atender às necessidades do cliente, tornando-o um investimento de baixo risco que ajuda a fornecer produtos inovadores com um tempo de retorno rápido. Além disso, as simulações de sistemas e a otimização do projeto permitem um projeto robusto com custos e tempo de lançamento no mercado reduzidos.

Figura 3: Aplicação de CAE na indústria naval

Simulações avançadas com Ansys Workbench

A complexidade geométrica e a física avançada envolvidas nas aplicações mais modernas de construção naval apresentam alguns dos mais desafiadores problemas de simulação enfrentados pelos engenheiros de hoje.

As pressões contratuais para criar produtos inovadores e personalizados, porém robustos e em pouco tempo, enfatizam a necessidade de realizar simulações mais avançadas, mais rápidas do que nunca.

As ferramentas de simulação são totalmente integradas na Plataforma Ansys Workbench com capacidades avançadas de modelagem física em todas as principais disciplinas de análise incluindo estrutural, térmica, eletromagnética, fluidos, multifísica e sistemas com capacidades avançadas de otimização.

Da resistência estrutural à hidrodinâmica, da carga de ondas ao gerenciamento térmico, da análise de vibração ao projeto de antenas, da eficiência da propulsão à análise de impacto, e muitos outros estudos, a Ansys tem produtos e conhecimentos de aplicação que estão ajudando os construtores de navios a desenvolver o projeto otimizado de acordo com os requisitos de desempenho, muito antes de um modelo ser construído.

Modelagem Multifísica Abrangente

Para avaliar com precisão o desempenho do produto, o projeto deve ser analisado em seu ambiente de trabalho e, simultaneamente, levar em conta a abordagem multifísica. A plataforma Ansys Workbench proporciona um ambiente unificado que hospeda todas as tecnologias avançadas, permitindo facilmente a análise multifísica de uma só vez.