SimScale

SimScale é um software do ramo de CAE, do inglês computer-aided engineering, onde as suas funcionalidades de cálculo são realizadas em nuvem, do inglês cloud computing. SimScale foi desenvolvido na Alemanha pela SimScale GmbH e permite simulações nas áreas de fluidodinâmica computacional, elementos finitos e transferência de calor.^[1][2] O seu código fonte utiliza os seguintes softwares de código aberto:

• Elementos Finitos (FEA): Code_Aster e Calculix

• Fluidodinâmica computacional (CFD): OpenFOAM

SimScale
SimScale
Desenvolvedor	SimScale GmbH
Plataforma	Navegador de internet
Lançamento	2013
Gênero(s)	engenharia assistida por computador
Estado do desenvolvimento	Ativo
Página oficial	https://www.simscale.com/

As análises são solucionadas em computadores remotos, que são mais potentes que os computadores usualmente instalados fisicamente dentro das empresas, isto permite aos usuários do SimScale uma maior eficiência no tempo de processamento e desenvolvimento de produtos. ^[3]

História

SimScale GmbH foi fundada em 2012 por cinco graduados de TU Munich, David Heiny, Vincenz Dölle, Alexander Fischer, Johannes Probst, e Anatol Dammer^[4] com o objetivo de prover soluções CAE ao mercado, juntamente com uma ruptura na forma tradicional de se fazer simulação. Após a incubação do projeto, a plataforma SimScale foi lançada no segundo semestre de 2013.^[5]

Em 2015, a SimScale anunciou uma parceria com a Onshape, onde, através de um aplicativo de interface, os usuários podem exportar modelos CAD do Onshape para o SimScale.^[6]

Em 2 de dezembro de 2015, foi anunciado como politica da empresa o acesso livre e gratuito da plataforma SimScale,^[7][8] partindo da iniciativa de democratizar a simulação computacional e expandir o número de profissionais na área, afim de incluir pequenas e médias empresas, estudantes e profissionais liberais.^[9][10]

Em 2016, a SimScale iniciou uma parceria com a Autodesk, com o objetivo de permitir a integração dos modelos CAD provenientes do Fusion 360 diretamente no SimScale.^[11]

Mais recentemente, no final de 2016, foi lançado o programa acadêmico da SimScale, com o objetivo de promover cursos sob demanda em simulação CAE.^[12]

Em dezembro de 2016, a SimScale alcançou o número de 80 mil usuários e o número de projetos de simulação fornecidos gratuitamente em sua biblioteca de projetos ultrapassou 15 mil. ^[13]

Ferramentas CAE

A plataforma SimScale é capaz de solucionar os mais diversos tipos problemas de engenharia, a seguir seguem alguns tipos e exemplos principais:

Elementos Finitos

O módulo de elementos finitos da SimScale utiliza código fonte proveniente dos softwares de código aberto Calculix e Code_Aster, onde ambos são capazes de solucionar problemas estruturais lineares e não-lineares complexos. O Code_Aster é geralmente utilizado em simulações envolvendo fadiga, fratura, modelos com contatos não-lineares (atrito, por exemplo), meio poroso e solos, análises multi-físicas, entre outros. Calculix tem funções similares e permite aos usuários o modelamento, solução e pós-processamento dos resultados.

Análise estática linear	Análise estática não-linear	Análise dinâmica linear	Análise dinâmica não-linear
A análise estática linear calculou deslocamentos e tensões resultantes de uma força aplicada. A imagem descreve as tensões ao longo de uma garra. Esta análise foi solucionada através do SimScale. Projeto : análise estrutural de uma garra.[14]	A imagem mostra uma análise estática não linear de um clipe. Esta análise contém complexas características de contato entre os componentes. Esta analise foi solucionada através do SimScale. Projeto : Análise de montagem.[15]	A imagem descreve as tensões durante uma análise dinâmica linear. As tensões são decorrentes de uma queda livre de 2m. Esta análise foi solucionada através do SimScale. Projeto : Teste de queda de um celular.[16]	Este tipo de análise estuda a resposta dinâmica de uma estrutura sujeita a carregamentos transientes. A imagem mostra o impacto de um crânio em uma parede rígida com e sem capacete. Projeto : Análise dinâmica não-linear de um crânio.[17]
Multicorpos	Análise harmônica	Análise modal (frequência)	Modelos de materiais
A imagem mostra uma análise de multicorpos. SimScale importa modelos CAD ou de malha individuais ou em montagens. O módulo permite contatos lineares como colado e pequenos deslizamentos. Projeto: Análise dinâmica linear de sistemas multicorpos.[18]	A análise harmônica calcula a resposta de um sistema quando este é solicitado por um carregamento senoidal em diversas frequências. A imagem mostra o resultado de deslocamentos. Esta análise foi feita através do SimScale. Projeto : Análise harmônica de um rotor. [19]	A análise modal é capaz de calcular os modos e frequências naturais de vibração. A imagem acima mostra o resultado de deslocamentos e o seu respectivo modo vibracional. Esta análise foi realizada através do SimScale. Projeto : Análise modal de uma ponte.[20]	Os módulos de análise estrutural possuem diversos modelos de materiais de forma a representar diversas aplicações, como deformação plástica. Modelos hiperelásticos também estão implementados. Projeto : Análise estrutural de um stent cardiovascular.[21]

Fluidodinâmica computacional

O módulo de fluidodinâmica computacional utiliza como código base o OpenFOAM. O software é capaz de solucionar problemas em regime permanente e transientes. A seguir são apresentadas algumas análises possíveis com SimScale.

Escoamento laminar	Escoamento turbulento	Escoamento incompressível	Escoamento compressível
O escoamento laminar ocorre em baixas velocidades. A imagem mostra as linhas de corrente ao redor de uma sala. Esta análise foi realizada utilizando o módulo de CFD do SimScale. Projeto : Escoamento laminar : ventilação.[22]	O escoamento turbulento usualmente ocorre em altas velocidades. Um exemplo comum de aplicação é apresentado acima. Esta análise foi realizada com o SimScale. Projeto : Escoamento turbulento : separador ciclônico.[23]	No escoamento incompressível a densidade do fluido é constante ou a sua variação é pequena a ponto de poder ser negligenciada. O exemplo acima retrata a simulaçao de um tubo de Venturi. Projeto: Escoamento incompressível : tubo de Venturi. [24]	No escoamento compressível ocorrem variações significativas de densidade do fluido ao longo do escoamento. A imagem ilustra o escoamento ao redor de uma aeronave. Projeto: Escoamento compressível : aeronave comercial. [25]
Escoamento multifásico	Dispersão	Interação fluido-estrutura	Modelamento avançado
No escoamento multifásico é possivel analisar a interação de fases ou entre diferentes fluidos. A imagem a seguir ilustra um misturador. Esta análise foi realizada através do SimScale. Projeto: Escoamento multifásico : misturador. [26]	Na análise de dispersão é adicionada um quantidade escalar de um fluido no domínio do escoamento. A propagação de fumaça é um típico exemplo de aplicação. Está análise foi realizada utilizando o SimScale. Projeto: Dispersão de fumaça. [27]	Neste tipo de análise deseja-se analisar a interação ao longo do tempo entre o escoamento do fluido e domínio sólido. A interação é tratada como uma ou duas vias. Um exemplo de aplicação é em válvulas. Projeto: Interação fluido-estrutura: válvulas. [28]	Algumas análises avançadas envolvendo partes rotativas e meio poroso também podem ser simuladas utilizando o SimScale. A imagem acima ilustra uma aplicação em bomba centrífuga. Projeto: Bomba centrífuga. [29]

Análise térmica

O módulo de análise térmica utiliza o OpenFOAM para a solução de problemas térmicos entre fluidos e também de fluidos com sólidos. Para análise termo-estrutural, o SimScale utiliza o Code_Aster e o Calculix. No momento a solução de problemas termo-estruturais ocorre de forma separada,^[30]no entanto com transferência de calor,^[31] inclusive convectiva. Análises em regime permanente e transiente também estão implementadas. Nas simulações com fluidos é possível adicionar modelos de turbulência. A seguir são apresentados os tipos de análises inclusas:

Análise termo-estrutural	Transferência de calor - convecção	Transferência de calor - condução	Transferência de calor - radiação
O módulo de análise térmica permite análises termo-estruturais e de trasnferência de calor, como ilustra o exemplo acima. Esta análise foi realizada com o SimScale. Projeto: Análise termo-estrutural em tubulação.[32]	Transferência de calor convectiva pode ocorrer de forma natural ou forçada. O exemplo acima ilustra a convecção natural dentro de um bulbo devido o aquecimento do filamento. Projeto: Convecção dentro de uma lâmpada incandescente.[33]	A imagem mostra os efeitos térmicos em componentes eletrônicos em placas de circuito impresso. A análise térmica transiente foi realizada através do SimScale. Projeto: Análise transiente em placa de circuito impresso.[34]	A imagem ilustra a transferência de calor em um processo de soldagem. A transferência de calor por radiação é usualmente considerada em aplicações com altos gradientes de temperatura. Projeto: Análise de soldagem.

A transferência de calor envolvendo a interação entre fluidos e sólidos, do inglês Conjugate Heat Transfer (CHT), foi recentemente adicionada ao portfólio de simulações da SimScale. Alguns exemplos de aplicação são em trocadores de calor, aquecedor, resfriadores, componentes eletrônicos e outras fontes de calor.^[35]

Transferência de calor - fluido/sólidos
É comum a transferência de calor entre fluidos em movimento e sólidos, um típico exemplo é em trocadores de calor do tipo casca e tubo, como ilustra a imagem acima. Projeto: transferência de calor : trocador de calor. [36]

Formatos de arquivo

SimScale permite a importação de geometrias em formatos STEP, IGES, BREP, Rhinoceros 3D, Autodesk Inventor, SolidWorks, Parasolid, ACIS e STL; malha em OpenFOAM, UNV, EGC, MED, CGNS. Também é possível importar geometrias diretamente do CAD Onshape.

Através do SimScale add-in, para o Autodesk Fusion 360, é possível importar diretamente modelos do Autodesk Fusion 360 para o SimScale.^[37]

Aplicações Industriais

As ferramentas CAE implementadas no SimScale são aplicadas nos mais diversos problemas encontrados na indústria, como em ar condicionado, energia eólica, indústria automotiva, eletrônica, equipamentos industriais, ventiladores, produtos de consumo, biomecânica, etc.^[38] Como exemplo, a japonesa Tokyowheel - especializada em rodas de fibra de carbono para bicicletas de alto desempenho - utiliza o software de CFD da SimScale para determinar a melhor geometria aerodinâmica de suas rodas.^[3] QRC Technologies realiza simulações térmicas em seus produtos eletrônicos através do SimScale.^[39] Carlsson Autotechnik otimizou a aerodinâmica de seu veículo através do software de CFD da SimScale.^[40] Malaika, especialista em assentos automotivos, aplicou os softwares da SimScale para desenvolver cadeiras de segurança infantis mais seguras.^[40]

Comunidade SimScale

A comunidade da SimScale foi anunciada em 2 de dezembro de 2015, baseada no investimento liderado pela Union Square Ventures (USV)^[41] A comunidade é gratuita e inclui 3000 horas de simulação e 500 GB de armazenamento por ano para qualquer usuário registrado. Em contrapartida, as simulações e projetos criados pelo usuário são necessariamente de domínio de todos os usuários e publicados na biblioteca da SimScale. Nesta biblioteca qualquer usuário registrado pode utilizar as análises para estudo, podendo copiar e modificar. ^[42]

Projetos de divulgação da plataforma SimScale

A SimScale tem promovido diversos webinars gratuitos como parte do seu programa de divulgação, no intuito de tornar as simulações CAE cada vez mais populares para a sociedade. Alguns webinars organizados pela SimScale foram:

• CFD Curso avançado^[43]
• FEA Curso avançado^[44]
• Workshop de análise térmica^[45]
• Workshop de impressão 3D^[46]
• Workshop de aerodinâmica para F1^[47]
• Workshop de simulação para aplicações biomédicas^[48]
• Workshop para simulação CFD de veículos do Formula SAE^[49]

Em 2016, a SimScale lançou o seu projeto acadêmico^[50] de forma a manter relações com escolas, universidades e pesquisadores individuais. O escopo do projeto oferece gratuitamente aos estudantes o acesso ao Plano Profissional e patrocínio nos mais diversos projetos educacionais como Formula SAE/Formula Student, SpaceX Hyperloop Pod Design etc.^[51]

Referências

1. Wasserman, Shawn (9 de Dezembro de 2015). «SimScale Brings the Price of Computer-Aided Engineering Down to Zero». engineering.com
2. Tara, Roopinder (16 de Junho de 2016). «Be Warned: The CAE World Is About to Shift». engineering.com
3. «Enhancing Cycling Performance via Simulation». Abril de 2016
4. «SimScale». CrunchBase
5. Schmitz, Barb (26 de Agosto de 2013). «Cloud-Based Simulation». engineering.com
6. «Introducing SimScale Connector App for Onshape». Dezembro de 2015
7. «SimScale announces free access to simulation technology as a part of its new community plan» (Press release). NAFEMS. 2 de Dezembro de 2015. Arquivado do original em 30 de agosto de 2017
8. König, Peter (15 de Abril de 2016). «Mit SimScale und Make gratis simulieren lernen wie die Profis» (Press release). MAKE
9. «SimScale to bring simulation technology to small and medium businesses». Global Manufacturing. 8 de Dezembro de 2015
10. Wasserman, Shawn (30 de Abril de 2015). «Is Cloud-Based Simulation Affordable Enough to Dominate the Start-Up Market?». Engineering.com
11. «SimScale Launches Integration for Autodesk Fusion 360». Agosto de 2016
12. «Introducing the SimScale Academic Program». Dezembro de 2016
13. «2016: A Year in Review for SimScale». Dezembro de 2016
14. «SimScale Simulation Project: Static Structural Analysis of a Gripper Arm»
15. «SimScale Simulation Project: Contact analysis of a consumer snap-fit mechanism.»
16. «SimScale Simulation Project: Mobile Phone Drop Test.»
17. «SimScale Simulation Project: Dynamic nonlinear impact analysis of a skull.»
18. «SimScale Simulation Project: Linear analysis of a multibody system (toggle-clamp).»
19. «SimScale Simulation Project: Harmonic analysis of an impeller.»
20. «SimScale Simulation Project: Truss bridge eigenfrequency analysis.»
21. «SimScale Simulation Project: Testing of two different types of cardiovascular stent models.»
22. «SimScale Simulation Project: Laminar steady state simulation of a cleanroom.»
23. «SimScale Simulation Project: Turbulent flow through a cyclone separator.»
24. «SimScale Simulation Project: Flow analysis of a venturi injector.»
25. «SimScale Simulation Project: Compressible aerodynamics of commercial aircraft.»
26. «SimScale Simulation Project: Stirred reactor free surface flow.»
27. «SimScale Simulation Project: Smoke propagation in a parking garage.»
28. «SimScale Simulation Project: Pressure relief valve analysis with 6-DoF motion.»
29. «SimScale Simulation Project: Centrifugal pump with MRF.»
30. Wasserman, Shawn (19 de Janeiro de 2015). «Transient Heating and Thermal Shock Analysis for Free». engineering.com
31. Wasserman, Shawn (19 de Maio de 2016). «Freemium Simulation Software Now Includes Conjugate Heat Transfer». engineering.com
32. «SimScale Simulation Project: Thermo-structural analysis of a cracked pipe.»
33. «SimScale Simulation Project: Convective flow inside a light bulb.»
34. «SimScale Simulation Project: Transient thermal analysis of a PCB.»
35. «Freemium Simulation Software Now Includes Conjugate Heat Transfer». Maio de 2016
36. «SimScale Simulation Project: Heat exchanger - CHT simulation.»
37. «SimScale Integrates with Autodesk Fusion 360». Inside HPC. 22 de Agosto de 2016
38. «SimScale — Industries». Consultado em 6 de Abril de 2017
39. «Simulation Experts Save Electronics from Thermal Damage». Fevereiro de 2017
40. «Using Simulation in Product Design: 3 Success SimStories». Março de 2016
41. «Union Square Ventures invests in Munich-based startup SimScale». Tech.eu. 2 de Dezembro de 2015
42. «Public Projects». SimScale
43. «SimScale CFD Master Class». Consultado em 6 de Abril de 2017
44. «SimScale FEA Master Class». Consultado em 6 de Abril de 2017
45. «SimScale Thermal Analysis Workshop». Consultado em 6 de Abril de 2017
46. «SimScale Offers Three Workshops to Teach 3D Printing». 3Dprint.com. 11 de Fevereiro de 2016
47. «SimScale Offers Online F1 Aerodynamics Workshop». Inside HPC. 11 de Março de 2016
48. «SimScale Offers Training on Using Simulation in Biomedical Engineering». Engineering.com. 19 de Agosto de 2016
49. «Application of CFD in Formula Student and Formula SAE». Consultado em 6 de Abril de 2017
50. «Introducing the SimScale Academic Program». SimScale. Dezembro de 2016
51. «SimScale Academic Program - CAE software for Students and Educators». SimScale. Consultado em 3 de Abril de 2017