Método dos Elementos Finitos: o que é?
A simulação computacional é amplamente utilizada nas empresas para realizar análises e melhorar a qualidade dos produtos e projetos. Grande parte dessas análises é realizada por meio de softwares que utilizam o Método dos Elementos Finitos, os quais possibilitam a obtenção de respostas para inúmeros problemas de engenharia.
Como funciona o método?
A geometria submetida aos carregamentos e restrições é subdividida em pequenas partes, denominadas de elementos, os quais passam a representar o domínio contínuo do problema. A divisão da geometria em pequenos elementos permite resolver um problema complexo, subdividindo-o em problemas mais simples, o que possibilita ao computador realizar com eficiência estas tarefas.
O método propõe que o número infinito de variáveis desconhecidas, sejam substituídas por um número limitado de elementos de comportamento bem definido. Essas divisões podem apresentar diferentes formas, tais como a triangular, quadrilateral, entre outras, em função do tipo e da dimensão do problema. Como são elementos de dimensões finitas, são chamados de “elementos finitos” – termo que nomeia o método.
Os elementos finitos são conectados entre si por pontos, os quais são denominados de nós ou pontos nodais. Ao conjunto de todos esses itens – elementos e nós – dá-se o nome de malha. Em função dessas subdivisões da geometria, as equações matemáticas que regem os comportamento físico não serão resolvidas de maneira exata, mas de forma aproximada por este método numérico. A precisão do Método dos Elementos Finitos depende da quantidade de nós e elementos, do tamanho e dos tipos de elementos da malha. Ou seja, quanto menor for o tamanho e maior for o número deles em uma determinada malha, maior a precisão nos resultados da análise.
Nós e elementos presentes em uma malha
Os softwares de simulação computacional vêm evoluindo e buscam aprimorar as análises abordadas pelo método, melhorando a escolha dos tipos e a geração da malha de elementos, as técnicas de modelagem, os critérios de aceitação, erros e a apresentação dos resultados, facilitando a utilização desta ferramenta. Dessa maneira, o conhecimento dos fundamentos do método é essencial para que juntamente com o domínio dos softwares sejam desenvolvidas boas práticas para uma aplicação consistente deste poderoso recurso no desenvolvimento e avaliação de produtos e projetos.
O vídeo abaixo apresenta uma breve introdução à simulação estrutural e destaca os principais objetivos da análise, as técnicas para solução dos problemas e a conceituação deste método.
Aplicações do Método dos Elementos Finitos
O método pode ser aplicado na resolução e diagnóstico de problemas de análise estrutural por meio da obtenção de deslocamentos, deformações e tensões, também permite representar diversos cenários e avaliar o desempenho de produtos com a aplicação de critérios de resistência, rigidez ou fadiga. Além disso, variações do Método dos Elementos Finitos viabilizam a análise térmica, acústica, dinâmica, eletromagnética e de fluídos para casos mais simples de comportamento linear ou outros não lineares, como quando há grandes deslocamentos ou contato entre partes de uma montagem.
Simulação de produto realizada com base em análise de elementos finitos
É possível, portanto, com as tecnologias atuais realizar integrações com os softwares utilizados no desenvolvimento de representação geométrica – conhecidos como CAD (Computer Aided Design) – com os sistemas baseados no Método dos Elementos Finitos – denominados de CAE (Computer-Aided Engineerig). Essa integração permite alcançar melhores resultados com análises mais eficientes e ágeis.
