{"id":3590,"date":"2019-08-08T23:50:10","date_gmt":"2019-08-09T02:50:10","guid":{"rendered":"https:\/\/engrenarjr.com.br\/blog\/?p=3590"},"modified":"2020-06-22T12:30:35","modified_gmt":"2020-06-22T15:30:35","slug":"o-que-e-analise-por-elementos-finitos-5-motivos-para-ficar-de-olho-nessa-tecnologia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/engrenarjr.com.br\/blog\/o-que-e-analise-por-elementos-finitos-5-motivos-para-ficar-de-olho-nessa-tecnologia\/","title":{"rendered":"An\u00e1lise por elementos finitos – 5 motivos de sua import\u00e2ncia."},"content":{"rendered":"\n

Na \u00e1rea de engenharia muitas vezes o termo simula\u00e7\u00e3o computacional \u00e9 algo bem recorrente. Mas o que \u00e9 isso? Para que \u00e9 utilizado? Quais as suas vantagens? Nesse artigo iremos tratar sobre os conceitos b\u00e1sicos de uma simula\u00e7\u00e3o computacional no ramo de engenharia e quais s\u00e3o as suas vantagens. <\/p>\n\n\n\n

\tA teoria por tr\u00e1s de uma simula\u00e7\u00e3o computacional \u00e9 chamada de M\u00e9todo de Elementos Finitos (MEF). Os softwares mais comuns no mercado como Siemens NX, Abaqus, ANSYS, SolidWorks utilizam essa teoria para resolver os problemas que os projetistas necessitam. <\/p>\n\n\n\n

Resumidamente, nesses programas, o usu\u00e1rio entra com a geometria de pe\u00e7a desejada, podendo ser um pist\u00e3o de um motor, uma viga de um pr\u00e9dio e at\u00e9 mesmo componentes de um sat\u00e9lite. Em seguida \u00e9 feito a discretiza\u00e7\u00e3o dessa forma geom\u00e9trica em pequenos elementos, o tamanho e\/ou quantidade deles podem ser definidos pelo usu\u00e1rio. Essa discretiza\u00e7\u00e3o recebe o nome de malha. As malhas podem ser constru\u00eddas das mais diferentes formas, utilizando elementos unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. A escolha do elemento \u00e9 de responsabilidade do projetista, por isso \u00e9 importante que ele conhe\u00e7a bem a teoria para cada um desses tipos. <\/p>\n\n\n\n

A discretiza\u00e7\u00e3o de uma pe\u00e7a nada mais \u00e9 que dividir essa geometria em pequenos peda\u00e7os de modo que o software consiga calcular para cada um desses elementos o seu comportamento. Sabendo o que acontece em cada, \u00e9 poss\u00edvel ter conhecimento do corpo como um todo.<\/p>\n\n\n\n

Figura 1 – Exemplo de discretiza\u00e7\u00e3o de uma forma geom\u00e9trica.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Fonte: Clube do Projetista<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Uma vez criada a malha em uma pe\u00e7a, \u00e9 necess\u00e1rio fornecer ao programa quais as condi\u00e7\u00f5es em que ela estar\u00e1 submetida, ou seja, as restri\u00e7\u00f5es de movimento, se ela \u00e9 fixa ou pode se movimentar em algum eixo de coordenada. Al\u00e9m disso, \u00e9 preciso inserir os carregamentos que essa pe\u00e7a sofre, os pontos de a\u00e7\u00e3o de for\u00e7as, torque ou deslocamentos.<\/p>\n\n\n\n

Figura 2 – Aplica\u00e7\u00e3o de uma for\u00e7a sobre um flange.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Fonte: IndiaMART<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Pronto! Feito todos esses passos, o programa j\u00e1 \u00e9 capaz de resolver um problema e fornecer o resultado. Isso n\u00e3o quer dizer que acabou, agora que come\u00e7a a parte mais importante, que \u00e9 analisar as respostas obtidas. Um bom projetista sabe ver os resultados e tirar as informa\u00e7\u00f5es importantes, se tudo est\u00e1 dentro do planejado, se a pe\u00e7a vai quebrar ou n\u00e3o, se ela suportar\u00e1 os carregamentos.<\/p>\n\n\n\n

Figura 3 – Exemplo de um resultado de simula\u00e7\u00e3o computacional.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Fonte: 4ieng<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Apesar de muito utilizado para an\u00e1lises estruturais, o M\u00e9todo de Elementos Finitos \u00e9 utilizado tamb\u00e9m na resolu\u00e7\u00e3o de problemas t\u00e9rmicos, flu\u00eddicos, ac\u00fasticos e at\u00e9 eletromagn\u00e9ticos.<\/p>\n\n\n\n

Figura 4 – Exemplo de an\u00e1lise aerodin\u00e2mica de um carro de F\u00f3rmula 1.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Fonte: BMW<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Historicamente, o m\u00e9todo come\u00e7ou a ser difundido a partir da d\u00e9cada de 60, quando os primeiros softwares comerciais e acad\u00eamicos come\u00e7aram a surgir. Esse desenvolvimento esteve ligado com a populariza\u00e7\u00e3o dos computadores nessa \u00e9poca. A NASA em 1965 iniciou o desenvolvimento de um dos programas mais difundidos atualmente, o NASTRAN, que \u00e9 a base de alguns softwares comerciais.<\/p>\n\n\n\n

Esse m\u00e9todo fornece respostas aproximadas para os problemas, mas com um grau de erro t\u00e3o pequeno, que \u00e9 poss\u00edvel considerar as respostas como boas representa\u00e7\u00f5es do que acontece no problema real. Com o passar do tempo, a capacidade de processamento dos computadores permitiu cada vez mais que os engenheiros utilizem essa ferramenta do dia a dia, de modo a acelerar a sua produtividade.<\/p>\n\n\n\n

Figura 5 – An\u00e1lise via Elementos Finitos est\u00e1 cada vez mais presente na vida de um engenheiro.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"Imagem
Fonte: Signalmetal<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

1 \u2013 Otimiza\u00e7\u00e3o de Geometrias <\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Devido a facilidade de executar v\u00e1rias simula\u00e7\u00f5es, \u00e9 relativamente simples testar v\u00e1rias geometrias de pe\u00e7as para o mesmo problema, com a finalidade de encontrar uma que possa ter o menor tamanho, menos peso e consequentemente menor custo de produ\u00e7\u00e3o, mas que seja capaz de executar com excel\u00eancia a fun\u00e7\u00e3o para a qual foi projetada. <\/p>\n\n\n\n

Imagine ter que executar testes reais com prot\u00f3tipos para analisar o comportamento de cada geometria, o tempo gasto com isso seria muito elevado. Desse modo utilizar um software de elementos finitos \u00e9 o meio vi\u00e1vel de realizar essa otimiza\u00e7\u00e3o. <\/p>\n\n\n\n

Alguns programas possuem funcionalidades especificas para isso, no qual voc\u00ea insere uma pe\u00e7a com a geometria inicial, e fornecendo os par\u00e2metros desejados como resposta, o software foi realizar simula\u00e7\u00f5es para encontrar a melhor geometria que consegue resolver o problema sem que o projetista tenha que criar diferentes formas para a pe\u00e7a e testar uma por uma.
<\/p>\n\n\n\n

2 \u2013 Redu\u00e7\u00e3o de Custos e Tempo<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Um dos pontos mais interessantes de utilizar simula\u00e7\u00f5es \u00e9 diminuir a necessidade de constru\u00e7\u00e3o de prot\u00f3tipos, uma vez que atrav\u00e9s do M\u00e9todo de Elementos Finitos \u00e9 poss\u00edvel ter uma resposta com boa precis\u00e3o do comportamento de um material ou forma geom\u00e9trica. Desse modo, a constru\u00e7\u00e3o de apenas um prot\u00f3tipo para validar se a pe\u00e7a comporta como o previsto, atrav\u00e9s de testes reais, \u00e9 o bastante. Isso n\u00e3o ser\u00e1 problema se o projetista souber inserir as condi\u00e7\u00f5es de contorno corretas. <\/p>\n\n\n\n

Como o tempo necess\u00e1rio para rodar as simula\u00e7\u00f5es s\u00e3o geralmente menores que o tempo para a constru\u00e7\u00e3o de prot\u00f3tipos, o volume de pe\u00e7as projetadas corretamente \u00e9 bem maior. Isso \u00e9 um fator que pode colocar uma empresa \u00e0 frente de suas concorrentes e que, consequentemente, pode reduzir o custo de um produto de modo a trazer maior lucratividade.<\/p>\n\n\n\n

3 \u2013 Similaridade dos Softwares no mercado<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

\tOs softwares para simula\u00e7\u00e3o de Elementos Finitos apresentam muitas semelhan\u00e7as entre si, ent\u00e3o n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1rio ficar preocupado em querer aprender como resolver seus problemas em todos eles. Uma vez que um projetista domine um programa, ele conseguir\u00e1 com certa facilidade realizar simula\u00e7\u00f5es em outros.<\/p>\n\n\n\n

Como j\u00e1 citado anteriormente, o software apenas fornece os resultados, j\u00e1 a an\u00e1lise aprofundada fica a cargo do projetista. A experi\u00eancia se acumula com o tempo e o estudo sobre a teoria de Mec\u00e2nica<\/a><\/strong> dos S\u00f3lidos e M\u00e9todos Num\u00e9ricos \u00e9 cont\u00ednuo. <\/p>\n\n\n\n

Um projetista que domine esses assuntos certamente ter\u00e1 muita oportunidade no mercado de trabalho, pois \u00e9 uma \u00e1rea que n\u00e3o \u00e9 preenchida com facilidade e possui uma demanda consider\u00e1vel por bons profissionais. <\/p>\n\n\n\n

\n

4 \u2013 Representa com fidelidade o problema real<\/strong><\/h4>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

Apesar do m\u00e9todo utilizado para resolu\u00e7\u00e3o dos problemas fornecer uma resposta aproximada, o erro causado pelas interpola\u00e7\u00f5es num\u00e9ricas \u00e9 bem pequeno. Dessa forma, \u00e9 poss\u00edvel confiar nessas an\u00e1lises. <\/p>\n\n\n\n

Entretanto, para se alcan\u00e7ar respostas mais precisas \u00e9 necess\u00e1rio construir uma malha mais refinada, e isso s\u00f3 \u00e9 poss\u00edvel com um projetista experiente. Uma malha bem constru\u00edda n\u00e3o apresenta elementos diferentes, ou seja, h\u00e1 apenas elementos triangulares ou retangulares. <\/p>\n\n\n\n

Outra forma de saber se uma malha est\u00e1 bem refinada, \u00e9 observar se h\u00e1 presen\u00e7a de simetria, isso \u00e9 um indicativo de que houve um processamento cauteloso por parte do projetista. \u00c9 importante ressaltar que os programas s\u00e3o capazes de gerar malhas automaticamente, mas nem sempre \u00e9 a melhor que ele tem a oferecer. Isso refor\u00e7a ainda mais a import\u00e2ncia de um bom profissional capaz de utilizar esses softwares com propriedade. <\/p>\n\n\n\n

5 \u2013 Variedade de aplica\u00e7\u00f5es<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Esse m\u00e9todo n\u00e3o se limita apenas a an\u00e1lise estrutural, esperando respostas como tens\u00e3o, deforma\u00e7\u00e3o, deslocamentos. \u00c9 poss\u00edvel tamb\u00e9m realizar simula\u00e7\u00f5es de sistemas flu\u00eddicos, sendo bastante utilizado para problemas de aerodin\u00e2mica, hidr\u00e1ulica e fluxo de fluidos atrav\u00e9s de um corpo. <\/p>\n\n\n\n

O M\u00e9todo de Elementos Finitos \u00e9 tamb\u00e9m bastante utilizado na \u00e1rea t\u00e9rmica, como transfer\u00eancia de calor para realizar simula\u00e7\u00f5es tanto para situa\u00e7\u00f5es de transfer\u00eancia por condu\u00e7\u00e3o ou convec\u00e7\u00e3o. \u00c9 poss\u00edvel obter resultados para an\u00e1lises de como o calor pode dilatar um material, o que permite uma vasta aplica\u00e7\u00e3o em problemas reais de engenharia. <\/p>\n\n\n\n

Alguns programas oferecem at\u00e9 mesmo an\u00e1lise orbital, n\u00e3o s\u00f3 na Terra como em outros planetas tamb\u00e9m. Permitindo analisar, por exemplo, as consequ\u00eancias de um sat\u00e9lite ficar exposto \u00e0 radia\u00e7\u00e3o solar, na qual seus componentes podem sofrer algum mal funcionamento. Al\u00e9m disso, \u00e9 poss\u00edvel fazer uma simula\u00e7\u00e3o que forne\u00e7a dados n\u00e3o apenas para um ciclo, mas sim para quantos o projetista achar necess\u00e1rio, analisando assim a fadiga que isso pode causar no sistema.<\/p>\n\n\n\n

Com as vantagens apresentadas para esse m\u00e9todo, \u00e9 poss\u00edvel afirmar que uma an\u00e1lise de elementos finitos \u00e9 uma boa forma de se resolver problemas de engenharia com um grau de precis\u00e3o muito aceit\u00e1vel. Essa ferramenta permitiu a produ\u00e7\u00e3o de novas pe\u00e7as cada vez mais tecnol\u00f3gicas e eficientes, o que tem levado a redu\u00e7\u00e3o de custos e de tempo durante a fase de desenvolvimento. O fato de os programas apenas fornecerem os resultados crus, o projetista ainda possui um papel fundamental na utiliza\u00e7\u00e3o desses softwares, pois \u00e9 ele quem d\u00e1 a resposta final ap\u00f3s uma an\u00e1lise aprofundada dos resultados obtidos.<\/p>\n\n\n\n

Esse m\u00e9todo permitiu n\u00e3o s\u00f3 an\u00e1lises estruturais, como abriu um leque muito variado do que \u00e9 poss\u00edvel fazer nesses softwares, o que com certeza tem alavancado o desenvolvimento mais eficaz de muitas \u00e1reas da engenharia como transfer\u00eancia de calor, an\u00e1lises orbitais e mec\u00e2nica dos fluidos. <\/p>\n\n\n\n

Para o futuro, essas simula\u00e7\u00f5es ser\u00e3o cada vez mais presentes na vida de um engenheiro moderno, sendo fundamental o amplo dom\u00ednio dessa ferramenta para n\u00e3o se tornar um profissional ultrapassado.<\/p>\n\n\n\n

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