Analise Estrutural com ANSYS Workbench 2016

Analise Estrutural com ANSYS Workbench 2016

(Parte 1 de 4)

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

Índices para catálogo sistemático:

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A994aAzevedo, Domingos de. 1958 –

Análise estrutural com Ansys Workbench: Static Structural

/ Domingos de Azevedo. Mogi das Cruzes: Domingos Flávio de Oliveira Azevedo, 2016. 180p. ISBN: 123-45-6789-0 (exemplo)

1. Análise estrutural 2. Elementos finitos 3. Engenharia auxiliada por computador I. Título.

(Modificado, Fora de escala)13

Figura 1: Quantidade de transistores de cada processador Intel® ao longo do tempo.

Intel® ao longo do tempo. (6)14
Figura 3: Evolução anual do tamanho dos transistores, (8)15

Figura 2: Comparação entre a Lei de Moore e a real evolução de processadores

século X, (9)16
Figura 5: Evolução anual da velocidade de processamento até 2010, (8)17

Figura 4: Evolução anual da velocidade de processamento na última década do

(8)18
Figura 7: Similaridade entre um objeto e uma mola carregados axialmente23

Figura 6: Evolução anual do custo por GB para armazenamento em HD até 2010,

uma mola carregada axialmente24
Figura 9: Deslocamentos e forças nas extremidades de uma mola24

Figura 8: Similaridade entre as equações que determinam a força de um objeto e

diferentes24
Figura 1: Equação matricial do sistema de dois elementos em série25

Figura 10: Dois elementos ou molas em série com rigidez, deslocamentos e forças

destes27

Figura 12: Objeto unidimensional único com seus nós e grau de liberdade de um

destes27

Figura 13: Objeto bidimensional único com seus nós e graus de liberdade de um

destes27

Figura 14: Objeto tridimensional único com seus nós e graus de liberdade de um

respectivamente, (1)28

Figura 15: Elementos de primeira ordem, bidimensionais e tridimensionais

respectivamente, (1)28
Figura 17: Grau polinomial dos elementos, (1)28
Figura 18: Peça e conjunto de peças discretizadas, respectivamente29

Figura 16: Elementos de segunda ordem, bidimensionais e tridimensionais,

(modificado)30

Figura 19: Gráfico de Convergência da tensão em função do número de Nós

critérios de falha3
Figura 21: Dados experimentais de tração superpostos a três teorias de falha3

Figura 20: Dados de fratura biaxial do ferro fundido cinzento, comparados a vários Figura 2: Associação do Ansys na interface do Autodesk Inventor. ....................... 39

Figura 23: Janela de boas vindas do Ansys Workbench42
Figura 24: Inserindo uma análise num novo projeto do Ansys Workbench43
Figura 25: Interface do Ansys Workbench (Gerenciador)4
Figura 26: Caixa de Ferramentas do Ansys Workbench (Gerenciador)45
Figura 27: Definições de pré-processamento e pós-processamento no Ansys47

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

discretizada á direita48

Figura 28: Objeto geométrico definido com as condições de contorno á esquerda e

48
Figura 30: Importando uma geometria para a análise49
Figura 31: Localizando o arquivo da geometria50
Figura 32: Iniciando a interface de análise50
Figura 3: Interface para a análise estrutural51
Figura 34: Atribuição das condições de contorno52
Figura 35: Acessando a biblioteca de materiais53
Figura 36: Interface da biblioteca de materiais (Engineering Data)54
Figura 37: Área de materiais do tipo selecionado (Engineering Data)54
Figura 38: Área de propriedades do material (Engineering Data)5
Figura 39: Seleção do material e retorno ao projeto5
Figura 40: Atribuição do material na interface de simulação56
Figura 41: Interface do ambiente do Static Structural - Mechanical57
Figura 42: Barras de menus e de ferramentas58
Figura 43: Barra de ferramentas padrão detalhada58
Figura 4: Barra de seleção de grupos detalhada60
Figura 45: Barra de cálculo para conversão de unidades detalhada60
Figura 46: Barra de ferramentas gráficas, detalhada60
Figura 47: Atualização da Barra de contexto62
Figura 48: Painel da árvore detalhada63
Figura 49: Painel de detalhes65
Figura 50: Abas do Static Structural67
Figura 51: Mechanical Application Wizard com as etapas de Simulação68
Figura 52: Barra de status mostrando valores das entidades selecionadas69
Figura 53: Detalhes da malha e geração71

Figura 29: Visualização de resultados de tensão e de deslocamento em uma peça. Figura 54: Geração da malha com relevância padrão (0). ....................................... 72

Figura 5: Geração da malha com relevância -100 e +10072
Figura 56: Configuração de Dimensionamento (Sizing)72
Figura 57: Configuração de Curvatura 60° (Curvature)73
Figura 58: Configuração de Curvatura 20° (Curvature)74
Figura 59: Configuração de Proximidade 2 (Num Cells Across Gap)74
Figura 60: Configuração de Proximidade 5 (Num Cells Across Gap)75
Figura 61: Configurações Avançadas de Malha (Advanced)76
Figura 62: Defeaturing (Descaracterização) configuração e resultado76
Figura 63: Tipos de elementos para objetos, (14)79
Figura 64: Opções para configuração de Method (Método)80
Figura 65: Hex Dominant Method (Método com Dominância de Hexaedros)80
Figura 6: Tetrahedrons Method (Método com Tetraedros)81
Figura 67: Patch Independent (Caminho Independente)81
Figura 68: Sweep Method (Método com Varredura)82
Figura 69: Multizone Method (Método multi - zonas)82

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15

83

Figura 70: Sizing – Element Size (Tamanho do elemento) configuração e resultado.

resultado83
Figura 72: Contact Sizing – Relevance (Relevância) resultado84
Figura 73: Refinament (Refinamento) configuração e resultado85
Figura 74: Mapped Face Meshing – (Discretização mapeada de face)85

Figura 71: Sizing – Sphere of Influence (Esfera de influência) configuração e

86

Figura 75: Mapped Face Meshing – (Discretização mapeada de face) com pontos.

86
Figura 7: Pinch (Arrancar) geometria e configuração87
Figura 78: Pinch (Arrancar) resultado8
Figura 79: Inflation (Inflação) configuração e resultado8
Figura 80: Inflation (Inflação) configuração e resultado - 289
Figura 81: “Mesh Metric” (Metrica da Malha) configuração e gráfico94
Figura 82: Gráfico de tipos, quantidade e qualidade de elementos95
Figura 83: Verificação de quantidade e valor de avaliação no gráfico96

Figura 76: Mapped Face Meshing – (Discretização mapeada de face) configuração. Figura 84: Elementos do tipo posicionados na peça. ............................................... 96

Figura 85: Controles do gráfico de métrica da malha97

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

triângulos). Comparação de elementos, (14)97

Figura 86: Aspect Ratio Calculation for Triangles (relação de aspecto para

quadriláteros). Comparação de elementos, (14)98
Figura 8: Jacobian Ratio (Razão Jacobiana) comparação de elementos, (14)98
Figura 89: Warping Factor (fator de distorção) comparação de elementos, (14)9
Figura 90: Parallel Deviation (desvio paralelo) comparação de elementos, (14)9

Figura 87: Aspect Ratio Calculation for Quadrilaterals (relação de aspecto para

elementos, (14)100
Figura 92: Skewness (assimetria) comparação de elementos, (14)100
Figura 93: Orthogonal Quality (qualidade ortogonal) método de avaliação101

Figura 91: Maximum Corner Angle (máximo ângulo do canto) comparação de

Detalhes da carga aplicada e gráfico de aplicação desta carga105
Figura 95: Configuração e edição de etapas em Analysis Settings, (14)105

Figura 94: a) Objeto com uma carga aplicada em uma das faces (Force), (14); b)

etapas e sub-etapas, (14)106

Figura 96: Configuração e edição de sub-etapas em Analysis Settings e gráfico com

gráfico com legenda e rótulos das cargas, (14)106
Figura 98: Criação de uma expressão107
Figura 9: Configuração da magnitude da carga em função do tempo108
Figura 100: Opções de seleção para força, (14)110
Figura 101: Exemplo de força aplicada num objeto110
Figura 102: Exemplo de pressão aplicada num objeto, (14)1
Figura 103: Exemplo de pressão hidrostática aplicada num objeto1
Figura 104: Exemplo de Carga de rolamento aplicada em objetos, (14)112
Figura 105: Exemplos de Pré-Carga de parafuso aplicada em objetos, (14)113

Figura 97: Configuração e edição de sub-etapas e tempos em Analysis Settings e

113

Figura 106: Exemplo com a superfície da divisão de Pré-Carga de parafuso, (14).

(seta branca) e região afetada (cinza), (14)114
Figura 108: Regra da mão direita para direção do momento114
Figura 109: Objeto com uma face fixada (Fixed Support), (14)117
Figura 110: Objeto com uma face plana sem atrito (Frictionless Support), (14)117

Figura 107: Momento e as possibilidades de carga em faces (vermelho), direção

Figura 1: Objeto com uma face cilíndrica sem atrito (Frictionless Support), (14). .................................................................................................................. 118

Figura 112: Objeto particionado para análise de apenas um quarto do total118
Figura 113: Objeto com uma face plana apoiada apenas compressão, (14)119

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15

(Compression Only Support), (14)119

Figura 114: Objeto com uma face cilíndrica apoiada apenas a compressão

deformação120

Figura 115: Objeto com uma face (furo) apoiada apenas a compressão com

(Cylindrical Support), (14)121

Figura 116: Graus de liberdade do objeto com apoio cilíndrico em um furo

Figura 117: Tipos de seleção possíveis para deslocamento (Displacement), (14). 121

(14)122

Figura 118: Tipos de seleção possíveis para deslocamento zero (Displacement),

Displacement), (14)123

Figura 119: Configuração de rotação para deslocamento remoto (Remote

(Remote Displacement), (14)123
Figura 121: Iniciando uma análise no Ansys Workbench. (Repetida)126
Figura 122: Interface para a análise estrutural. (Repetida)127
Figura 123: Na árvore aparecem as soluções escolhidas127
Figura 124: Definições necessárias do tipo de carregamento128

Figura 120: Opções para configuração de comportamento de deslocamento remoto

129
Figura 126: Resultados de malha e tensões apresentadas na janela gráfica130

Figura 125: Verificação das etapas realizadas no Mechanical Application Wizard.

na janela gráfica130

Figura 127: Resultados de tensão de cisalhamento e deslocamento apresentados

gráfica130
Figura 129: Conjunto de pistão e biela de motor a combustão133

Figura 128: Resultados de fator e margem de segurança apresentados na janela

133
Figura 131: Relação de peças do conjunto mostrada na árvore134
Figura 132: Condições de contorno aplicadas e apresentadas na janela gráfica135
Figura 133: Discretização do conjunto136
Figura 134: Processo de análise sendo executado pelo programa136

Figura 130: Lista de regiões de contatos entre as peças do conjunto pistão e biela.

gráfica137

Figura 135: Resultado de tensão von Mises do conjunto apresentado na janela

Figura 136: Resultado de tensão von Mises do conjunto sem a visibilidade do pistão. ....................................................................................................... 138

Figura 137: Resultado de tensão von Mises visualizado com Iso Surfaces138
Figura 138: Resultado de tensão de máximo cisalhamento do conjunto139
Figura 139: Resultado de deformação do conjunto139
Figura 140: Resultado de fator de segurança do conjunto140
Figura 141: Aba do relatório com definições de cabeçalho e outros detalhes140
Figura 142: Padrões tensão-tempo e suas variações, (21), (Tradução nossa)144

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

(2), (21)145
Figura 144: Curva S-N, típica. (2)147
Figura 145: Inserção de “Fatigue Tool”148
Figura 146: Configuração do padrão de carregamento148
Figura 147: Eixo rotativo (Padrão Alternado)149
Figura 148: “Fully Reversed” (Padrão Alternado)150
Figura 149: “Zero-Based” (Padrão de Pulsante)151
Figura 150: “Ratio” (Padrão de Variado)152
Figura 151: Seleção do arquivo para Histórico de Dados153
Figura 152: “History Data” (Histórico de Dados)154
Figura 153: Configurações do Painel de Detalhes155
Figura 154: Gráfico da opção “None” (Nenhuma)156
Figura 155: Gráfico da opção Gerber157

Figura 143: Nomenclatura para amplitude constante dos carregamentos cíclicos,

experimentais. (13)157
Figura 157: Gráfico da opção Goodman158
Figura 158: Gráfico da opção Soderberg158
Figura 159: Seleção do tipo de resultado159
Figura 160: “Rainflow Matrix” (Matriz de Fluxo de Chuva), (14)161
Figura 161: “Damage Matrix” (Matriz de Danos), (14)161
Figura 162: “Fatigue Sensitivity” (Sensitividade à Fadiga), (14)162
Figura 163: Carregamento de amplitude constante e média positiva. (14)163

Figura 156: Gráfico comparativo entre as curvas de Gerber e Goodman com dados

(14)163
Figura 165: Propriedades do material quanto á tensão média164
Figura 166: Propriedades do material quanto á deformação-vida165

Figura 164: Correspondente resposta local elástico plástica na localização critica. Figura 167: Resultado de análise – Tensão equivalente (von Mises). ................... 166

Figura 168: Diagrama de Goodman para Tensão equivalente alternada167
Figura 169: Resultado de análise de fadiga – Tensão equivalente alternada168
Figura 170: Diagrama S-N do material (log-log)168
Figura 171: Resultado de análise de fadiga - Vida169
Figura 172: Resultado de análise de fadiga - Danos170
Figura 173: Resultado de análise de fadiga – Fator de segurança171
Figura 174: Resultado de análise de fadiga – Indicação de biaxialidade172

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15 Figura 175: Resultado de análise de fadiga – Sensibilidade á fadiga. ................... 173

1 INTRODUÇÃO1
1.1.1 Breve Histórico1
1.1.2 Evolução de hardware12
2 A ANÁLISE ESTRUTURAL2
2.1.1 O método de elementos finitos23
2.2 ETAPAS DO MÉTODO26
2.2.1.1 Pré-processamento26
2.2.2 A geometria e a Malha dos componentes26
2.2.3 Preparação da geometria31
2.2.4 Os Materiais dos componentes31
2.2.5 Coeficientes de segurança e normas de projeto (13)34
3 ANÁLISE NO ANSYS WORKBENCH38
3.1.1.1 Programas associativos38
3.1.1.2 Programas Não-Associativos:39
3.1.1.3 Exportação de Geometrias40
3.2 INICIANDO O ANSYS WORKBENCH42
3.3 INTERFACE DO ANSYS WORKBENCH4
3.3.1 Atribuição das condições de contorno:52
3.3.2 Como alterar o material das peças52
3.4 INTERFACE DO AMBIENTE DE ANÁLISE57
3.4.1 Detalhamento das Regiões da Interface58
3.4.1.1 Menus e Barras de Ferramentas58
3.4.1.2 Painel da Árvore62
3.4.1.3 O painel da árvore utiliza as seguintes convenções:63
3.4.2 Símbolos de Status64
3.5 ETAPAS DA ANÁLISE COM ANSYS WORKBENCH70
3.6 PRÉ-PROCESSAMENTO NO ANSYS WORKBENCH71
3.6.1 Malha (Mesh)71
3.6.1.1 Qualidade da Malha92

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo 3.6.1.2 Qualidade dos Elementos (14) ................................ ................................ ................ 93

3.7 CONDIÇÕES DE CONTORNO102
3.7.1 O que são as condições de contorno?102
3.7.2 Considerações iniciais sobre as condições de contorno103
3.7.3 Atribuição das condições de contorno103
3.7.4 CARREGAMENTOS104
3.7.4.1 Modos de cargas estruturais104
3.7.5 Tipos de cargas estruturais109
3.7.5.1 Força (Force)109
3.7.5.2 Força remota (Remote Force)110
3.7.5.3 Pressão (Pressure)110
3.7.5.4 Pressão hidrostática (Hydrostatic Pressure)1
3.7.5.5 Carga de rolamento (Bearing Load)1
3.7.5.6 Pré-carga de parafuso (Bolt Pretension)112
3.7.5.7 Momento (Moment)114
3.7.6 Restrições116
3.7.6.1 Apoio Fixo117
3.7.6.2 Apoio sem atrito117
3.7.6.3 Apoio apenas à compressão119
3.7.6.4 Apoio Cilíndrico120
3.7.6.5 Deslocamento (Displacement)121
3.7.6.6 Deslocamento remoto (Remote Displacement)122
3.7.7 Tipos de cargas inerciais de corpos e suas características125
3.7.8 Exemplo 1 – Analise de uma peça:126
3.8 CONTATOS NO ANSYS WORKBENCH:131
3.8.1 Tipos de contato131
3.8.2 Bonded - Ligado131
3.8.3 No separation - Sem separação132
3.8.4 Frictionless - Sem atrito132
3.8.5 Rough - Áspero132
3.8.6 Frictional – Com atrito132
3.9 EXEMPLO 2 – ANALISE DE UM CONJUNTO DE PEÇAS:133
3.10 - VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS141
4 CARGAS CÍCLICAS E VIDA À FADIGA143
4.1 BREVE INTRODUÇÃO AOS FUNDAMENTOS TEÓRICOS143

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15 4.1.1 Tipos de Carregamentos Cíclicos............................................... 144

4.2 FADIGA NO STATIC STRUCTURAL - MECHANICAL147
4.2.1 Painel de Detalhes154
4.2.1.1 Teorias de tensões médias156
4.2.2 Especificação do tipo de resultado158
4.2.3 Propriedades do material á cargas cíclicas164
4.2.3.1 Interpretação dos resultados de fadiga165
4.3 - VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS174

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo 5 REFERÊNCIAS ..................................................................................... 176

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15

1 INTRODUÇÃO

O programa Ansys Workbench é um dos vários programas de análises pelo método de elementos finitos existentes no mundo. Outros programas, por exemplo, são: Abaqus, Comsol, Adams, One MSC, Visual Nastran, Adina, Lisa, etc.

O Ansys Workbench se enquadra na categoria de programas de Engenharia

Auxiliada por Computadores (CAE), Computer Aided Engineering e tem a finalidade de auxiliar o engenheiro nas decisões de algumas das etapas do desenvolvimento de projeto, em particular para o dimensionamento e a validação de projetos.

De maneira geral os programas de CAE permitem:

A redução do custo e tempo necessário no processo de desenvolvimento do projeto, pois é acelerado pela rapidez de análise.

A melhoria coerente da peça ou conjunto antes da sua fabricação reduzindo os custos associados ao material, á manufatura e final.

A redução da probabilidade de falha dos componentes, pois uma eventual falha pode ser percebida antes de sua execução.

O programa Ansys Workbench mostra os resultados graficamente na tela permitindo identificação visual da geometria e resultados facilitando a interpretação do que está ocorrendo na peça ou conjunto.

1.1.1 Breve Histórico

Segundo Robert D. Cook (1989 e 1994), citando outros autores, menciona que a partir de 1906, pesquisadores sugeriram uma “rede análoga” para análise de tensão. O contínuo foi substituído pelo padrão regular de barras elásticas. As propriedades das barras foram escolhidas de modo que causasse deslocamentos das juntas para aproximar os deslocamentos do contínuo. O método tentou aproveitar os bem conhecidos métodos de análise estrutural. R. Courant parece ter sido o primeiro a propor o método de elementos finitos, como o conhecemos hoje. Em uma palestra matemática de 1941 e publicada em um artigo de 1943, o matemático Courant usou o princípio da energia potencial estacionária e descreveu uma solução de interpolação polinomial por partes sobre sub-regiões triangulares

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo para estudar o problema de torção de Saint-Venant. O seu trabalho não foi notado pelos engenheiros e o procedimento era impraticável no momento, devido à falta de computadores digitais. Na década de 1950, o trabalho na indústria aeronáutica, introduziu o método de elementos finitos (MEF) para a prática dos engenheiros, quando em 1953 na Boeing Airplane Company havia um grande problema para resolver com 100 graus de liberdade. Um artigo clássico descreveu o trabalho com o MEF que foi solicitado por uma necessidade de analisar asas tipo delta, que eram muito curtas para ser confiáveis e utilizar a teoria das barras. Tradução do autor. (1), (2)

O nome "elemento finito" foi cunhado em 1960 por Ray W. Clough, professor da University of California. Por volta de 1963 a validade matemática do MEF foi reconhecida e o método foi expandido a partir de seu início na análise estrutural, para incluir a transferência de calor, o fluxo de águas subterrâneas, campos magnéticos, e outras áreas. O computador de propósito geral para uso dos softwares de MEF começou a aparecer no final da década de 1960 e início de 1970. Exemplos de softwares incluem o ANSYS, ASKA, e NASTRAN. Ao final da década de 1980 os softwares estavam disponíveis em microcomputadores, completos com gráficos coloridos, pré e pós-processadores. Em meados da década de 1990 cerca de 40 mil artigos e livros sobre o método e suas aplicações haviam sido publicados. Tradução do autor. (1), (2).

1.1.2 Evolução de hardware

O aumento significativo da utilização destes tipos de programas na execução de análises se deve principalmente á crescente velocidade de processamento dos computadores nas ultimas décadas e á facilidade de acesso aos computadores pela redução de seu custo.

Segundo Budynas, entre os principais avanços na tecnologia computacional tivemos a rápida expansão dos recursos de hardware dos computadores, eficientes e precisas rotinas para resolução de matrizes, bem como computação gráfica, para facilitar a visualização dos estágios de pré-processamento da construção do modelo, até

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15 mesmo na geração automática de malha adaptativa e nos estágios de pós-processamento de revisão dos resultados obtidos. (3)

Nos gráficos a seguir mostram-se a evolução dos processadores pelo aumento da quantidade de transistores contidos em cada um, ao longo do tempo.

Figura 1: Quantidade de transistores de cada processador Intel® ao longo do tempo.

(Modificado, Fora de escala). Sabe-se que a quantidade de transistores, entre outros fatores, influencia na rapidez de processamento do computador e desta maneira aumenta sua capacidade de resolução de cálculos mais rapidamente.

Em meados de 1965, o presidente da Intel, Gordon E. Moore fez sua citação numa edição da revista Electronics Magazine, na qual a quantidade de transistores nos chips aumentaria em 60%, pelo mesmo custo, a cada período de 18 meses na década seguinte. Essa profecia acabou ganhando o nome de Lei de Moore. (4) (5)

A previsão de Moore se mostrou muito próxima da realidade dentro da década seguinte, mas conforme mostra o gráfico a seguir, ao longo das décadas posteriores a quantidade de transistores dobrou apenas cada 24 meses. “Em 1975,

±1 Bilhão de transistores

I3, i5 e i7 - 2008 731 milhões de transistores

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

Moore revisou a sua previsão para, a cada dois anos, um aumento de 100% na quantidade de transistores dos chips mantendo seu custo.”

Figura 2: Comparação entre a Lei de Moore e a real evolução de processadores

Intel® ao longo do tempo. (6). Um dos principais problemas que impediu manter o ritmo de crescimento sempre foi o calor gerado pelo processador, pois com a redução de tamanho dos transistores, estreitamento das trilhas e aumento da radidez de que cada bit, um grande aumento da temperatura ocorre nas trilhas, isto exige materiais que suportem estas temperaturas mais elevadas e necessidade da dissipação deste calor. Este problema também foi levantado por Moore na mesma entrevista para Electronics Magazine.

Outros possíveis problemas que fez reduzir o crescimento para 24 meses, provavelmente, é a necessidade de crescentes adaptações do sistema de produção dos processadores, o desenvolvimento de novas arquiteturas e o de pesquisas em materiais adequados a produção de trilhas muito estreitas. Com a nova geração de processadores Intel® Haswell são utilizadas trilhas de até 22nm de espessura.

Microprocessadores de grandes servidores para nuvens (data centers) e dispositivos móveis utilizam tecnologia de 20nm e 14 nm.

m e r d e tr n si o r e s e m u r cu i t o i n t e g r a d o

Número de transistores dobrando a cada 18 meses

Número de transistores dobrando a cada 24 meses

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15

No início de 2014, a IBM (International Business Machines Corp.) anunciou ter feito testes com chips de silício com 7nm. Em outubro de 2015, a IBM anunciou pesquisas para fabricar transistores com nanotubos de carbono, com este novo material seria possível alcançar 1,8nm, (7).

“Os nanotubos de carbono formam o núcleo de um dispositivo de transistor cujas propriedades elétricas superiores prometem várias gerações de tecnologia de escala para além dos limites físicos do silício. Elétrons em transistores de carbono podem se mover mais facilmente do que em dispositivos baseados em silício, e o corpo ultrafino de nanotubos de carbono oferece vantagens adicionais na escala atômica. Dentro de um chip, os contatos são as válvulas que controlam o fluxo dos elétrons a partir de metal para dentro dos canais de um semicondutor”, (7).

Ao longo do tempo houve grande redução no tamanho dos transistores, conforme se percebe pelo gráfico a seguir, possibilitando que uma maior quantidade de transistores fosse colocada em um só processador.

Figura 3: Evolução anual do tamanho dos transistores, (8).

Msc. Eng. Domingos F. O. Azevedo

Nos gráficos a seguir é mostrada a evolução anual do clock dos processadores e percebe-se que a partir de 1997 a frequência aumentou exponencialmente, entretanto, com a diminuição dos transistores ocorreu também grande aumento de temperatura e a solução utilizada para se conseguir mais velocidade de processamento foi aumentar a quantidade de núcleos dentro de um mesmo processador. Processadores multicores comuns são, por exemplo, duo-core, quad-core, etc.

O motivo disto é que a rapidez de transmissão de dados dentro do processador é hoje muito superior ao restante do hardware.

Figura 4: Evolução anual da velocidade de processamento na última década do século X, (9).

e q u ê n ci d e p r o c e ssa m e n t

H z)

Análise Estrutural com ANSYS Workbench V15

Figura 5: Evolução anual da velocidade de processamento até 2010, (8).

De fato, o que é efetivamente importante para um bom desempenho ou rapidez no processamento não é apenas a frequência de clock do processador, mas a quantidade de dados que este processador consegue realizar por segundo e isto determinado pela combinação de vários fatores. Esta medição é feita em FLOPS “FLoating-point Operations Per Second” (operações de ponto flutuante por segundo), quando um processador possui mais núcleos (cores) uma quantidade maior de operações podem ser realizadas, assim a frequência de clock combinada com a quantidade de núcleos proporciona efetivamente maior velocidade de processamento. Outros fatores que pode influenciar são: a arquitetura do processador, chipset e placa mãe.

(Parte 1 de 4)

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