Para leigos: entenda o Método dos Elementos Finitos

Como certificar que o material da asa do avião foi escolhido com as propriedades adequadas para o voo?

Como garantir que a barra de aço da estrutura de um prédio está adequada às condições que será submetida?

Observando-se ao redor, surge a consciência do uso de diferentes materiais em diversas circunstâncias e da constante interação existente com esses. Conseguir antecipar os comportamentos destes materiais submetidos a condições variadas é um dos maiores interesses da indústria.

O Método dos Elementos Finitos (MEF) ou Finite Element Method (FEM) é  bastante utilizado em simulações computacionais para realizar previsões, analisando se um produto foi bem dimensionado a partir de seu modelo. Sua aplicação poupa diversas horas de profissionais de engenharia, que realizariam todo o estudo de forma manual. Dessa forma, economiza-se tempo, pessoal e até mesmo recursos financeiros, tornando os projetos ainda mais viáveis. 

O que é o Método dos Elementos Finitos (MEF)?

Em simulações, na tentativa de prever comportamentos de materiais, diante da complexidade da realidade faz-se necessário o uso de modelos. Traduzir este modelo de forma numérica permite a aplicação de  métodos, como o de elementos finitos.

O Método de Elementos Finitos “discretiza o contínuo”. Nessa perspectiva, ele simplifica e torna factível o cálculo de estruturas complexas de engenharia, como: transportadores, máquinas de pátio, prédios industriais. 

Simular um sólido e antecipar seu comportamento pode ser uma atividade difícil considerando toda a variedade de fatores que a realidade impõe. Porém, com o método dos elementos finitos em simuladores, é possível enxergar este sólido complexo em “pequenas partes” – elementos finitos. Desta forma, pode-se fazer os devidos cálculos e simulações para as partes menores e depois expandir ao sólido como um todo.

Como funciona o MEF na prática?

A análise por Método dos Elementos Finitos é realizada por meio de softwares como NASTRAN, SolidWorks, ANSYS e PROCAL3D (tendo sido este desenvolvido pela própria KOT para simulações de elementos em barra).

No software, o sólido que é inserido e que tem “infinitos” pontos acaba se tornando uma geometria que é “quebrada” em outras geometrias conhecidas e menores (como triângulos, hexaedros, tetraedros). Essa “quebra” facilita os cálculos para prever comportamentos dos materiais sólidos em diferentes condições.

De forma ainda mais clara

Imagine que o comportamento do sólido que está na Figura 1 à esquerda, precisa ser entendido  sob determinadas condições. Ao inseri-lo em um desses softwares e aplicar o método dos elementos finitos (MEF), ele será quebrado em geometrias menores e conhecidas (Figura 1 à direita).

O software calcula o comportamento de cada elemento/geometria individualmente, depois une tudo em uma “malha” para que se tenha o resultado do comportamento do sólido total.

Figura 1 – Exemplo da discretização de uma peça por elementos quadriculados (Acervo próprio de um estudo de caso, KOT Engenharia).

É importante reforçar que a qualidade dos resultados de uma análise feita com o método de elementos finitos em simulador depende muito também da assertividade nas condições de contorno estabelecidas. Logo, o conhecimento teórico de quem está simulando é extremamente importante. 

Um ponto ainda mais relevante: não adianta conduzir simulações se não há interpretação correta das informações geradas pelo simulador. Assim, ter conhecimentos específicos como os de resistência dos materiais é essencial!

Figura 2 – Simulação por elementos finitos feita em ponte de uma recuperadora de minério de ferro (KOT, 2020).

Como a KOT Engenharia pode auxiliar?

Este é um texto totalmente introdutório – o objetivo foi simplificar e trazer exemplos práticos do MEF. Sem dúvidas, os softwares representam uma ferramenta tecnológica de grande desenvolvimento ao longo das últimas décadas. Porém, ao usá-los é preciso ter em mente o quão fundamental é o domínio dos conceitos de resistência dos materiais pelo engenheiro calculista.

Uma das especialidades da KOT Engenharia é a Análise por Método dos Elementos Finitos, e a KOT pode ser sua parceira na aplicação desse método, com confiança, em cenários reais e complexos de engenharia.

A KOT se destaca no mercado nacional e internacional com oferecimento de serviços em engenharia de alto nível técnico para grandes empresas.   

Entre em contato com o time de especialistas da KOT!

Rafael Brasil

Engenheiro Mecânico/Aeronáutico pela UFMG e pós-graduado em Engenharia de Estruturas pela mesma universidade. Teve a oportunidade de atuar na European Aeronautic Defence and Space Company (EADS), na Alemanha. Atualmente é Diretor de Desenvolvimento na KOT Engenharia, liderando dezenas de projetos relacionados à Integridade Estrutural de ativos e equipamentos.

Referências

[1]  KOT Engenharia. Análise por elementos finitos. Disponível em: <https://www.kotengenharia.com.br/analise-por-elementos-finitos>. Acesso em: 04 de Outubro de 2020. 

[2]  Micro Rio. O que é uma análise por elementos finitos. Disponível em: <https://www.microrio.com.br/analise-por-elementos-finitos.html>. Acesso em: 06 de Outubro de 2020. 

[3] Clube do projetista. Método dos elementos finitos. Disponível em: <https://clubedoprojetista.com.br/metodo-dos-elementos-finitos/>. Acesso em: 06 de Outubro de 2020.

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