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A simulação computacional é utilizada em diversos setores, desde pesquisas que envolvam a saúde até estudos que impactam diretamente a rotina das pessoas, como por exemplo sobre o tráfego de veículos. Na engenharia, a realidade é a mesma, e alguns termos são sempre comentados, como é o caso do FEA e FEM.

Normalmente, as ferramentas computacionais na engenharia englobam um universo de multifísicas, onde esses recursos são capazes de analisar todos os fenômenos e desafios envolvidos pelas várias físicas, além de realizar cálculos para solucioná-los.

Muitas empresas optam por utilizar a simulação virtual como alternativa aos métodos tradicionais, isso por conta da economia de custos, busca por resultados mais eficientes e pela inovação. Nesse aspecto, é comum encontrarmos ferramentas como o FEA, para otimizar o trabalho realizado. 

O que é FEA? 

A sigla é a abreviação de Finite Element Analysis, ou Análise de Elementos Finitos (AEF) em português. Esta é uma ferramenta capaz de prever e analisar como os fenômenos físicos agem no mundo real, com base na tecnologia de Computer Aided Engineering (CAE).

Apesar de, inicialmente, ter sido desenvolvido para análises aeroespaciais, hoje em dia é comum utilizar o software FEA para estudos sobre deslocamento, termodinâmica, velocidade, pressão, fluidos e carga de força.

O FEA pode ser usado tanto para desenvolvimento quanto para detecção de falhas e melhorias de um dispositivo. É possível simular o comportamento e ter uma previsão realista do produto, a partir do Método dos Elementos Finitos (FEM).

O que é FEM?

O Finite Element Method (FEM), chamado de Método dos Elementos Finitos (MEF) em portugês, é um método base para a Análise de Elementos Finitos (FEA). Ou seja: o componente é importado no software FEA e é analisado, por meio de cálculos, pelo FEM, para obter os resultados desejados. 

Este método propõe a substituição limitada a um número infinito de variáveis desconhecidas, que são substituídos por elementos com comportamentos bem definidos.

As geometrias complexas são divididas em elementos geométricos mais simples com dimensões limitadas, onde é possível obter geometrias equivalentes e tornar a análise mais próxima da realidade. Esses elementos geométricos com dimensões finitas são chamados de Elementos Finitos. 

Cada um desses Elementos Finitos são conectados através de pontos, os quais recebem o nome de Nós. E, um conjunto formado por Nós e Elementos Finitos, é conhecido como uma Malha de Elementos Finitos.

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Etapas do processo de simulação estrutural (FEA)

De acordo com a ESSS, o processo é feito em três etapas. É importante que o engenheiro responsável pelo projeto se atente às necessidades de cada fase da simulação pelo FEA. 

Pré-processamento

• Defina os objetivos da simulação

  • Insira os dados de saída das análises e modelos físicos necessários;
  • Adote as hipóteses simplificadoras possíveis;
  • Avalie a disponibilidade de informações (condições de contorno).

• Crie o modelo CAE

  • Crie ou importe o modelo da geometria 3D no software;
  • Prepare a geometria.

• Faça a malha computacional

  • Determine quais os tipos de elementos e nível de refino de malha;
  • Tome as decisões com base na capacidade dos recursos computacionais (hardware), levando em consideração a precisão requerida e disponibilidade de tempo, em conjunto com estudos de convergência de malha.

• Configure a simulação

• • Defina os materiais que integram os componentes a serem estudados e suas propriedades;
  • Selecione os modelos físicos adequados;
  • Especifique as condições de contorno: apoios, contatos, carregamentos e temperatura.

Processamento

• Cálculo da solução

Avalie o andamento da solução,  bom comportamento do processo iterativo por gráfico de convergência ou arquivos de “log”.

Pós-processamento

• Análise dos resultados 

  • Extraia os gráficos, tabelas, valores máximos e mínimos, vídeos, mapa da deformação e tensão, animação que prevê o comportamento da estrutura;
  • Valide o modelo, comparando com dados experimentais ou analíticos;
  • Aplique critérios e normas;
  • Registre as conclusões.

O FEA na prática (possibilidades) 

Fitness for Service (FFS)

O FSS é uma análise da integridade mecânica de equipamentos, onde avalia se um dispositivo ainda pode funcionar normalmente, após sofrer falhas estruturais. Além disso, este estudo também mostra quais as condições ideais de operação da máquina.

O Fitness for Service permite prolongar, com segurança, a vida útil de um equipamento que já sofreu danos. O estudo é dividido em três níveis: Níveis 1 e 2, em que os critérios são mais conservadores e há poucas informações; Nível 3, onde a avaliação é realizada por meio de métodos numéricos, como o FEM.

O Nível 3 aplica análises menos conservadoras e, muitas vezes, um equipamento que seria reprovado em uma avaliação no Nível 1, é aprovado normalmente no Nível 3. Por isso, a simulação virtual pode ser considerada uma ótima alternativa para a otimização dos dispositivos, garantindo segurança e inovação nos processos.

Escolha a simulação virtual para os seus projetos!

Com a capacidade de antecipar cenários, otimizar processos e reduzir custos de produção, os protótipos virtuais oferecem uma abordagem mais eficiente e econômica para o desenvolvimento de produtos.

Ao adotar a simulação virtual, as empresas podem impulsionar sua vantagem competitiva e prosperar em um ambiente de negócios cada vez mais desafiador. 

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