{"id":3711,"date":"2019-08-27T22:28:44","date_gmt":"2019-08-28T01:28:44","guid":{"rendered":"https:\/\/engrenarjr.com.br\/blog\/?p=3711"},"modified":"2020-06-22T12:24:56","modified_gmt":"2020-06-22T15:24:56","slug":"a-importancia-da-analise-de-elementos-finitos-fea-para-a-prevencao-de-falhas-fisicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/engrenarjr.com.br\/blog\/a-importancia-da-analise-de-elementos-finitos-fea-para-a-prevencao-de-falhas-fisicas\/","title":{"rendered":"A import\u00e2ncia da an\u00e1lise de elementos finitos (FEA) para a preven\u00e7\u00e3o de falhas f\u00edsicas"},"content":{"rendered":"\n<p>A an\u00e1lise de elementos finitos (FEA) \u00e9 um m\u00e9todo computacional que permite simular como determinada estrutura se comporta em uma aplica\u00e7\u00e3o real. Essa previs\u00e3o \u00e9 feita a partir de um software que permite a implementa\u00e7\u00e3o da estrutura sob um regime de carregamento de for\u00e7as como vibra\u00e7\u00e3o, calor, vaz\u00e3o de fluidos e outros efeitos. A partir disso \u00e9 poss\u00edvel se o material ir\u00e1 falhar, desgastar ou funcionar como projetado.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Este m\u00e9todo oferece uma confiabilidade muito grande ao projeto, uma vez que divide o material em uma malha com n\u00famero muito grande de elementos c\u00fabicos (milhares a centenas de milhares). Equa\u00e7\u00f5es matem\u00e1ticas que s\u00e3o modeladas de acordo com o carregamento, geometria e material ajudam a realizar a previs\u00e3o do que ocorre a pe\u00e7a em quest\u00e3o. Com isso \u00e9 poss\u00edvel evidenciar como cada pequena parte do material reage as situa\u00e7\u00f5es reais, evidenciando pontos cr\u00edticos de falha.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>O diferencial do FEA se encontra na possibilidade de se realizar testes na estrutura antes que seja feita a manufatura do prot\u00f3tipo. Este fato colabora intrinsecamente para a redu\u00e7\u00e3o de custos, uma vez que fazendo ajustes no projeto e paralelamente realizando a valida\u00e7\u00e3o do prot\u00f3tipo em s\u00e9rie se torna custoso em demasiado. \u00c9 fact\u00edvel observar que este m\u00e9todo se torna v\u00e1lido para a valida\u00e7\u00e3o de modelos complexos uma vez que a dificuldade de se manufaturar e testar as pe\u00e7as seja um complicador, pelo fato de se envolver processos de fabrica\u00e7\u00e3o complexos e testes n\u00e3o convencionais.<\/p>\n\n\n\n<p>O FEA possui um alto grau de complexidade consequentemente admitindo um custo computacional elevado diretamente proporcional \u00e0 dificuldade do problema em quest\u00e3o. Este fato garante a rec\u00edproca citada anteriormente que este m\u00e9todo se aplica somente aos casos em que a manufatura e os teste da estrutura sejam dispendiosos. Este m\u00e9todo tem aplica\u00e7\u00e3o para a previs\u00e3o do comportamento de pe\u00e7as afetadas pelos efeitos f\u00edsicos de:<\/p>\n\n\n\n<ul><li>Tens\u00e3o Mec\u00e2nica<\/li><li>Vibra\u00e7\u00e3o Mec\u00e2nica<\/li><li>Fadiga<\/li><li>Movimento<\/li><li>Transfer\u00eancia de Calor<\/li><li>Vaz\u00e3o de Fluidos<\/li><li>Eletrost\u00e1tica<\/li><li>Moldes de Inje\u00e7\u00e3o Pl\u00e1stica<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Al\u00e9m das an\u00e1lises serem feitas separadamente, elas tamb\u00e9m podem ter um vi\u00e9s integrativo, ou seja, em uma s\u00f3 simula\u00e7\u00e3o podemos integrar diversas an\u00e1lises para simular de maneira mais fiel o comportamento de uma determinada estrutura \u00e0 aplica\u00e7\u00e3o real. Como exemplo podemos citar a an\u00e1lise de elementos finitos desenvolvida em uma turbina onde o ar fornece um carregamento n\u00e3o linear mec\u00e2nico \u00e0 estrutura combinado com um gradiente de transfer\u00eancia de calor que varia conforme o fluxo de ar e a rota\u00e7\u00e3o em que as h\u00e9lices da turbina atua. A imagem a seguir ilustra a an\u00e1lise realizada e os resultados de press\u00e3o nas p\u00e1s da turbina, o teste de resist\u00eancia das p\u00e1s da turbina \u00e0 vibra\u00e7\u00e3o e o fluxo de ar que passa na turbina, da direita para a esquerda respectivamente.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\"><strong>Figura 1: An\u00e1lise FEA Turbina de Avi\u00e3o.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img src=\"https:\/\/lh3.googleusercontent.com\/vSnFa8MfuqNnlO04k8kt3s6Qh4txjGgv-SjJgCI35lSd6LjJvUN7_wOBwUQX1flXnUsdN0WvE0uJ9wMyCZmHto3KtCnF0bfZVYi9uJosG4XQeEybup2nm6mFf7-5iWD6yVJlEFU\" alt=\"\"\/><figcaption> Fonte: Nastran<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>\u00c9 poss\u00edvel observar claramente que este tipo de desenvolvimento oferece uma grande complexidade e por isso deve ter profissionais extremamente capacitados e softwares e hardwares com alta pot\u00eancia para a resolu\u00e7\u00e3o deste tipo de problema. A confiabilidade dos testes de elementos finitos deve ser muito alta pois o prot\u00f3tipo a ser constru\u00eddo posteriormente deve atender a um grau de efici\u00eancia muito alto validando o projeto, caso contr\u00e1rio tempo e investimento ser\u00e3o desperdi\u00e7ados.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Para garantir maior efici\u00eancia o processo de an\u00e1lise consiste normalmente em tr\u00eas principais passos, sendo esses: pr\u00e9-processamento, an\u00e1lise e p\u00f3s-processamento. Na etapa de processamento tem-se o maior empenho do respons\u00e1vel por construir o modelo uma vez que este deve definir a geometria, especificar o material, gerar a malha e aplicar as condi\u00e7\u00f5es de contorno do problema. Montado o problema o software ir\u00e1 realizar as an\u00e1lises montando a matriz de solu\u00e7\u00f5es de cada e elemento e do problema geral resolvendo o sistema. No p\u00f3s-processamento o software fornecer\u00e1 todos os dados requeridos na etapa de pr\u00e9-processamento, garantindo que o usu\u00e1rio possa estabelecer o seu julgamento sobre o que ocorreu com a estrutura.<\/p>\n\n\n\n<p>A equipe de projeto normalmente acompanha todo desenvolvimento no software de elementos finitos e realiza modifica\u00e7\u00f5es em tempo real no projeto para que o processo de valida\u00e7\u00e3o seja otimizado. A agilidade deste processo \u00e9 t\u00e3o importante quanto a efici\u00eancia, caracterizando um projeto de ponta.<\/p>\n\n\n\n<p>Al\u00e9m do teste de pe\u00e7as j\u00e1 prontas ou montagens como foi visto anteriormente com o exemplo da turbina, tamb\u00e9m \u00e9 feito o teste para processos de fabrica\u00e7\u00e3o. Uma novidade que se encontra no mercado \u00e9 a an\u00e1lise de elementos finitos para processos de fabrica\u00e7\u00e3o n\u00e3o convencionais como \u00e9 o exemplo da inje\u00e7\u00e3o pl\u00e1stica.<\/p>\n\n\n\n<p>Este processo de fabrica\u00e7\u00e3o \u00e9 usado para realizar a manufatura de diversos produtos desde componentes para a linha branca como para pe\u00e7as automobil\u00edsticas. Ap\u00f3s o produto ser projetado os moldes para a inje\u00e7\u00e3o s\u00e3o usinados com alta precis\u00e3o e normalmente s\u00e3o compostos de alum\u00ednio ou a\u00e7o. O pl\u00e1stico ent\u00e3o \u00e9 aquecido, misturado e injetado na cavidade do molde sob press\u00e3o, onde passa por um processo de resfriamento para assumir a geometria negativa do molde.&nbsp;&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Por conta de se tratar de um processo de fabrica\u00e7\u00e3o n\u00e3o convencional e agregar muitas vari\u00e1veis ao procedimento acaba sendo dif\u00edcil prever o que ir\u00e1 acontecer sem ser feita uma an\u00e1lise minuciosa. Os fatores de tens\u00e3o interna e residual, vibra\u00e7\u00e3o, din\u00e2mica dos fluidos s\u00e3o empecilhos desafiadores no projeto de uma pe\u00e7a mas que podem ser solucionados com uma abordagem precisa e r\u00e1pida fornecida pelo software de FEA.<\/p>\n\n\n\n<p>Abaixo podemos ver uma simula\u00e7\u00e3o de manufatura por inje\u00e7\u00e3o a partir de moldes de compress\u00e3o. Esse tipo de an\u00e1lise permite ver quais os pontos mais cr\u00edticos para o fluxo do flu\u00eddo, tens\u00e3o residual gerada, gradiente de temperatura e demais fatores que podem implicar na toler\u00e2ncia e qualidade do material que o processo est\u00e1 projetado para produzir.&nbsp;<br><\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\">&nbsp;<strong>Figura 2: An\u00e1lise FEA Molde de Compress\u00e3o<\/strong><\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter\"><img src=\"https:\/\/lh3.googleusercontent.com\/Ck3o3xJd1Vx645gr-NSG8qS5_15t6c8RLiHgXzuSSnh5Xur6u8baj4rh3dyGBxIv-cy882tUyBPnr1LFzF3id5Ul8oeaI_bY32lGkKY7VNPQnVOAm0D6gw0aPzzxqrCsFKOD35M\" alt=\"\"\/><figcaption> Fonte: Autodesk<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Este processo em espec\u00edfico s\u00f3 busca otimizar e aumentar a produtividade de pe\u00e7as com isso se torna invi\u00e1vel realizar testes com prot\u00f3tipos ate que realmente entre de acordo com o projetado, uma vez que os moldes t\u00eam custo muito elevado por seu processo de fabrica\u00e7\u00e3o exigir baix\u00edssimas toler\u00e2ncias. Com isso a melhor sa\u00edda encontrada \u00e9 otimiza o processo por meio do FEA e garantir que o m\u00ednimo de problemas ocorra na etapa de manufatura e posteriormente em uso.<\/p>\n\n\n\n<p>\u00c9 plaus\u00edvel admitir que o FEA aparece como um simplificador de problemas, otimizador de tempo e redutor de custos. Em processos de complexos ele se torna uma \u00f3tima sa\u00edda em uma larga escala de aplica\u00e7\u00e3o podendo agir em diferentes campos de atua\u00e7\u00e3o com uma clareza de resultados muito grande, fazendo com que a etapa de projeto tenha um grau de efici\u00eancia muito grande sem que seja necess\u00e1rio realizar nenhuma manufatura.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Vale ressaltar a import\u00e2ncia de profissionais treinados e custo computacional que s\u00e3o embutidos nesse pacote. Por\u00e9m somando esses custos e levando em conta a complexidade dos projetos temos que a redu\u00e7\u00e3o do investimento aplicado chegar em at\u00e9 30%. Tudo isso fez que diversas empresas de desenvolvimento de tecnologia ampliarem os seus recursos computacionais e investirem nessa sa\u00edda gerando maior lucro com em menos tempo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>A an\u00e1lise de elementos finitos (FEA) \u00e9 um m\u00e9todo computacional que permite simular como determinada estrutura se comporta em uma aplica\u00e7\u00e3o real. Essa previs\u00e3o \u00e9 feita a partir de um software que permite a implementa\u00e7\u00e3o da estrutura sob um regime de carregamento de for\u00e7as como vibra\u00e7\u00e3o, calor, vaz\u00e3o de fluidos e outros efeitos. 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