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22/08/2018 por Leonardo Sousa
Peças que sempre dão defeitos e precisam ser trocadas, dúvidas se construções não falharão, construções de pontes, eficiência no resfriamento de um processador. São alguns exemplos de engenharia que se tornam muito complexos por terem diversos fenômenos atuando, de forma simultânea, internamente e externamente nos mais variados projetos relacionado a qualquer ramo da engenharia.
O FEA surgiu no começo da década de sessenta com engenheiros civis que buscavam resolver e solucionar problemas com transmissão de cargas. Que pode ser exemplificado com as forças que o assento de cadeiras, por exemplo, transmitem para as pernas das cadeiras. Mas no caso do estudo desses engenheiros era uma estrutura bastante complexa relacionada à construção civil. O método tinha grande potencial e foi se desenvolvendo até a década de 80. Onde teve um “boom” com a sua consolidação como método de análise para resolução de diversos tipos de problemas.
Aqui nesse artigo vamos falar como funciona essa tecnologia e para isso vamos responder algumas perguntas bem inerentes. Já nesse ponto do texto o leitor pode se perguntar:
“Mas o que é FEA?”
FEA, em inglês, “Finite elements analysis”. É um ramo de estudo que utiliza técnicas de análise pelo Método de Elementos Finitos (MEF). Com a finalidade de realizar simulações, em computadores, para prever o resultado de um determinado evento que, estruturas, peças e sistemas podem estar sujeitas no seu funcionamento no dia a dia.
O MEF é um procedimento numérico, ou seja, um método que se propõe a achar um resultado que não é exato. Mas tem uma estimativa de erro muito pequena, podendo chegar em erros na escala de (0,0000000001%). O que confere um resultado extremamente confiável para a solução de equações complexas que, no caso, são equações diferenciais.
O MEF utiliza malhas, base de estudo do método. Que consiste em subdividir o objeto de estudos em milhares de pequenos pedaços – que chamamos de elementos- para representar de forma precisa as diferentes formas geométricas que esse objeto possa ter. Caracterizando-os com as devidas propriedades dos materiais que existem nele.
“E como são feitas essas simulações?”
Primeiro é preciso modelar o objeto de estudo em um software como o SolidWorks. Que assim possibilitará o emprego do método de elementos finitos e obter os dados necessários para entender melhor como será o comportamento desse objeto no dia-a-dia. ( https://www.metaconsultoria.com/desenvolvimento-de-produto-mecanico/ )
A simulação é feita -após a criação da malha- analisando cada elemento, de forma individual, levando em conta as interações entre eles. Além de ter que se atentar às condições de contorno do problema, ou seja, os parâmetros iniciais de determinado evento.
Com esses parâmetros definidos são obtidos os resultados desejados. Como, por exemplo, as tensões, deformações, temperatura, dentre outras propriedades que atuam no corpo naquele instante ou depois de algum tempo em trabalho.
Essas análises são amplamente usadas na engenharia para saber informações pertinentes para propostas de alterações que podem ser feitas no projeto, a fim de melhorá-lo.
Alguns exemplos de aplicações frequentes são:
- Uma determinada engrenagem tem o seu funcionamento prejudicado ou há uma quebra dele, o que impossibilita o funcionamento total do dispositivo do qual essa engrenagem pertence. É feito uma análise para ver os esforços aplicados a essa engrenagem. E assim, a partir do conhecimento desses esforços alterações no tamanho da engrenagem ou no material são pensadas e é feita uma nova simulação para ver se as alterações melhoram o desempenho dessa peça.
- A diminuição do valor de custo unitário de uma peça pela diminuição das dimensões do componente. Isso acontece devido à diminuição do volume de material necessário para a fabricação. Esse tipo de diminuição de dimensões podem ocorrer quando é percebido, através de uma simulação, se a peça foi superdimensionada ou foi projetada de maneira que não utilizasse de maneira eficiente a sua geometria para resistir às condições nele empregadas.
“E quais são as principais dificuldades?”
A realização de simulações não são tão simples, como o leitor pode imaginar. Existem inúmeras boas práticas a serem seguidas, conhecimentos teóricos e práticos que irão auxiliar o engenheiro nas suas tomadas de decisões. Essas decisões mais assertivas é o que tornará os dados obtidos pela simulação mais fidedigno à realidade.
Dentro dessas dificuldades podemos citar algumas:
Definição da quantidade de elementos:
É verdade que quanto mais elementos tem uma simulação melhor é o resultado da simulação. Mas com esse incremento do número de elementos o custo computacional também aumenta. Ou seja, a simulação demora mais tempo para ser completada podendo levar desde alguns minutos de duração até meses. Aqui é necessário um estudo para entender a complexidade do problema e utilizar a quantidade de elementos que sejam suficientes para um resultado satisfatório ao problema que está sendo solucionado.
A criação das malhas:
Engenheiros comumente encontram opções de criação de malhas automática nos softwares. Mas na maioria das vezes essas malhas não são apropriadas para uma boa simulação. Para isso é levado em conta a teoria do MEF, escolhas dos tipos de elementos e a convergência no crescimento quando há a necessidade de mudar o tamanho dos elementos em um mesmo objeto de estudo.
Representação das condições de contorno:
Aqui é importante avaliar quais parâmetros são relevantes para a simulação. Pois são eles que irão definir as situações que o objeto que será simulado está sujeito durante sua vida útil. Exemplos dos parâmetros que são adotados são: As forças de agentes externos que estão agindo, temperatura inicial, velocidade, etc.
Interpretação dos dados:
Muitos programas apenas te dão números como resultado da simulação. A interpretação desses dados vem do conhecimento adquirido na formação do engenheiro para saber, por exemplo, se o objeto teria uma fratura, um mal funcionamento, estimar a vida útil de determinada peça, dentre outras coisas.
“Vale a pena?”
Com certeza! A realização de simulações utilizando o MEF é amplamente usada nas indústrias para auxiliar os engenheiros nos seus projetos. Pois permite a obtenção de dados muito mais rápidos do que era feito anteriormente, identificação de possíveis não conformidades que uma determinada peça ou máquina pode ter e na resolução desses problemas com a praticidade que se tem em alterar a geometria e as condições de contorno desse objeto. Vale a pena ressaltar que as simulações e testes realizados com protótipos desses objetos de estudos ainda são aconselháveis dependendo do que está sendo projetado. Mas uma análise computacional, como essa mencionada no artigo, pode direcionar esses testes. Assim diminuir a quantidade deles trazendo inúmeros benefícios para o projeto.
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