Como estudante de engenharia mecânica, sempre me interessei por simulação e conceção, pois estas áreas permitem aos engenheiros prever o desempenho dos produtos antes mesmo de estes serem fabricados. Quando aceitei este estágio, esperava adquirir experiência prática na utilização de software padrão da indústria e aprender como as empresas desenvolvem produtos fiáveis. Rapidamente percebi que este projeto envolveria muito mais do que a simples criação de simulações: exigia a compreensão da ciência subjacente ao próprio material.
Quando comecei o meu estágio, sabia que iria trabalhar com materiais de soldadura e análise de elementos finitos (FEA), mas não tinha plena noção da quantidade de engenharia necessária para compreender algo tão pequeno como uma junta de soldadura. Ao longo dos últimos meses, tenho-me dedicado ao desenvolvimento das propriedades dos materiais das ligas de soldadura da Indium Corporation no âmbito de simulações de FEA. Isto também me permitiu compreender como os ensaios experimentais e as simulações computacionais funcionam em conjunto para melhorar a fiabilidade da eletrónica moderna.
No início do estágio, pensei que o projeto em que iria trabalhar envolveria principalmente a realização de simulações em software de análise por elementos finitos (FEA). Rapidamente percebi que toda a simulação precisa começa com bons dados experimentais. Antes de um modelo computacional poder prever o comportamento de uma junta soldada, os engenheiros precisam de compreender exatamente como o material responde sob diferentes condições de carga. Essa constatação mudou completamente a minha perspetiva sobre a engenharia orientada por simulação.
Um dia típico
No âmbito deste estágio, os meus dias no escritório variam de um dia para o outro. Isso pode significar ter várias reuniões importantes num único dia, ter de realizar simulações e comparar os resultados com os resultados experimentais, ou ter um dia mais tranquilo, em que me dedico apenas à investigação e à documentação das minhas descobertas.
A investigação que costumo realizar baseia-se na análise de elementos finitos, nas propriedades dos materiais e nos parâmetros de fiabilidade. Ao conduzir a investigação, costumo alternar entre conversas com o ChatGPT e documentos relevantes de universidades de prestígio. Pesquiso tópicos com base nas propriedades dos materiais necessárias no ambiente de simulação. Esta investigação estende-se também a tópicos baseados nos parâmetros de entrada da simulação de fiabilidade e nos resultados pretendidos.
As simulações típicas que realizava no dia-a-dia consistiam na criação de um modelo básico que representasse uma amostra de ensaio de tração utilizada para obter os resultados experimentais que estavam a ser comparados. Em seguida, introduzia as propriedades específicas necessárias, juntamente com as condições de contorno. Por fim, analisava os resultados das simulações e comparava-os com os resultados experimentais obtidos após os ensaios.
Havia dias em que tinha várias reuniões, quer fosse com outros estagiários, com o meu supervisor ou com outras pessoas importantes. Nessas reuniões, discutíamos temas relevantes relacionados com a investigação que tenho vindo a realizar, novas tecnologias existentes no setor, sessões de formação sobre o software necessário e reuniões para conhecer os outros estagiários.
Uma coisa de que gostei foi o facto de não haver dois dias iguais. Algumas manhãs começavam com a análise dos resultados da simulação do dia anterior e o planeamento do próximo conjunto de simulações a executar. Outros dias eram dedicados à investigação de modelos constitutivos ou à leitura de artigos técnicos para compreender melhor como os soldados se comportam em diferentes condições. Assim que tivesse informação suficiente sobre essas descobertas, procurava a forma de as implementar no ANSYS, onde, se possível, introduzia dados experimentais e os comparava com os resultados da simulação. No final do dia, documentava as minhas conclusões para que trabalhos futuros pudessem basear-se no progresso que eu tinha alcançado.
Desafios ao longo do caminho
Tal como muitos projetos de engenharia, este estágio apresentou inúmeros desafios técnicos.
Um dos primeiros desafios foi perceber como utilizar o software de programação Python. Foi um desafio, pois nunca o tinha utilizado antes e era algo novo para mim, apesar de já ter utilizado outros softwares semelhantes, como o MATLAB e o C++. Felizmente, consegui superar este desafio, pois encontrei tutoriais e tive conversas aprofundadas com o ChatGPT para melhorar as minhas competências de programação.
Outro desafio consistiu em compreender os valores de tensão simulados que diferiam das medições experimentais. Era de esperar que isso acontecesse, uma vez que não era a primeira vez que utilizava software de simulação. No entanto, não esperava que parâmetros como a taxa de deformação e o número de passos na simulação produzissem alterações percetíveis nos resultados.
O último grande desafio que enfrentei foi distinguir as diferenças entre as várias medições de deformação disponíveis no software ANSYS. Compreender as diferenças entre a deformação total, a deformação elástica, a deformação plástica e a deformação plástica equivalente tornou-se essencial para interpretar corretamente os resultados da simulação. Acabei por superar este desafio traçando curvas de tensão-deformação utilizando as diferentes deformações e, posteriormente, verifiquei que a deformação plástica é a que melhor representa os resultados do mundo real.
Além disso, aprendi que, para obter uma resposta tensão-deformação realista, é necessário ter em conta cuidadosamente o comportamento não linear do material. As simulações iniciais produziam frequentemente apenas respostas elásticas lineares, até que fossem corretamente implementados os modelos de material adequados, que incluíam plasticidade e viscoplasticidade.
Estas experiências reforçaram uma lição importante: a precisão do software de engenharia depende inteiramente das hipóteses e dos dados introduzidos pelo engenheiro.
A parte que mais gostei do estágio
Uma das partes que mais gostei neste estágio foi ver como os ensaios experimentais e as simulações computacionais se complementam. Antes de iniciar este projeto, via as simulações como uma ferramenta que se limitava a gerar respostas. Agora, compreendo que só são fiáveis se os modelos de materiais subjacentes forem fiáveis e estiverem devidamente calibrados. Ver uma curva de tensão-deformação simulada corresponder, em linhas gerais, aos dados experimentais após o refinamento de determinados parâmetros do material foi imensamente gratificante, pois demonstrou que o meu contributo para o modelo do material teve um impacto mensurável na precisão do modelo. Momentos como estes reforçaram a razão pela qual os engenheiros dedicam tanto tempo à validação das simulações antes de as utilizarem na conceção de produtos.
Desenvolvimento profissional
Para além dos conhecimentos técnicos que adquiri, este estágio ampliou significativamente o meu conjunto de competências de engenharia. Adquiri experiência em análise de elementos finitos, modelação 3D, interpretação de tensões e deformações, otimização de parâmetros de materiais e documentação técnica.
Talvez o mais importante seja o facto de ter aprendido como a engenharia experimental e a modelação computacional se complementam. Nem os ensaios laboratoriais nem a simulação, por si só, são suficientes para compreender plenamente o comportamento dos materiais. Em vez disso, as duas abordagens trabalham em conjunto para criar modelos preditivos precisos.
Esta perspetiva ao nível do sistema mudou a forma como abordo os problemas de engenharia e fez-me valorizar ainda mais o trabalho necessário para validar os modelos materiais de simulação, antes de se poder confiar neles para tomar decisões de conceção no mundo real.
Olhando para o futuro
À medida que o meu estágio avança, estou ansioso por continuar a investigar as informações necessárias para a modelação de materiais e por melhorar a precisão entre os resultados da simulação e os resultados experimentais. A investigação contínua dos parâmetros dos materiais permitirá previsões cada vez mais precisas do comportamento da solda em condições de carga realistas.
Esta experiência confirmou e reforçou o meu interesse pela engenharia baseada em simulação e pela ciência computacional dos materiais. A combinação de resultados experimentais de laboratório com a análise de elementos finitos mostrou-me como os engenheiros podem utilizar dados para resolver desafios complexos de fiabilidade e melhorar os produtos elétricos modernos, sem necessidade de realizar testes exaustivos em condições reais.
De um modo geral, este estágio proporcionou-me uma oportunidade inestimável de aplicar os conhecimentos adquiridos em sala de aula e os meus conhecimentos pessoais a problemas de engenharia do mundo real, com relevância direta para a indústria. Trabalhar na caracterização das propriedades da solda reforçou tanto as minhas competências técnicas como as minhas competências de investigação. Também aumentou a minha compreensão de como a mecânica experimental, a ciência dos materiais e a análise de elementos finitos se combinam para apoiar o desenvolvimento de soldas e sistemas eletrónicos mais seguros e fiáveis.
