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 – FONTE: Acervo Kot.

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 – FONTE: Acervo Kot.

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. Consulte nossa equipe para mais informações!

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1. O que é o Método dos Elementos Finitos (MEF) de forma simples?

É uma técnica que simplifica a análise de uma estrutura complexa ao dividi-la em “pequenas partes” (elementos finitos). O software calcula o comportamento de cada parte e junta os resultados para prever como a peça inteira reage.

2. Quais são os principais benefícios de aplicar o MEF em um projeto?

O método elimina a necessidade de cálculos manuais demorados, reduz a necessidade de testes físicos caros e economiza tempo e recursos financeiros, tornando os projetos de engenharia mais viáveis e seguros.

3. O que significa a expressão “discretizar o contínuo”?

Significa pegar um sólido contínuo da vida real (que possui infinitos pontos) e transformá-lo em uma geometria “quebrada” em partes menores e finitas, tornando os cálculos matemáticos viáveis no computador.

4. Quais formas geométricas o software utiliza para dividir a peça?

O objeto é dividido em geometrias conhecidas e menores, tais como triângulos, elementos quadriculados, hexaedros e tetraedros.

5. Quais softwares são utilizados para realizar análises por MEF?

Alguns dos programas mais conhecidos do mercado são NASTRAN, SolidWorks, ANSYS e o PROCAL3D (desenvolvido pela Kot Engenharia para simulações de elementos em barra).

6. Por que o engenheiro é indispensável mesmo com o uso de softwares avançados?

O software é apenas uma ferramenta. A qualidade do resultado depende diretamente do engenheiro para definir corretamente as condições de contorno e aplicar conceitos de resistência dos materiais para interpretar com precisão os dados gerados.

Referências

[1] Kot Engenharia. Análise por elementos finitos. Disponível em: <https://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.