Os perigos de resultados não confiáveis em Elementos Finitos (FEA)

Os perigos de resultados não confiáveis em Elementos Finitos (FEA).

 

Você já se deparou com alguém dizendo que a análise de Elementos Finitos pode resolver quase todos os problemas? Prometendo façanhas sem explicar os riscos envolvidos?

Preparamos esse artigo para expor aos nossos leitores um problema muito comum na Análise de Elementos Finitos – A PRECISÃO DOS RESULTADOS!

A ferramenta de Elementos Finitos é sem dúvida muito poderosa e pode fornecer resultados incríveis, porém muitas vezes a precisão dos resultados é muito difícil de se obter com assertividade.

Na verdade, a precisão dos resultados é um dos maiores problemas na análise de Elementos Finitos, afinal ela depende de MUITOS fatores:

  • Definição correta da condição de contorno;
  • Qualidade da malha;
  • Precisão dos algoritmos do software utilizado;
  • Técnicas de simulação propostas pelo analista;
  • Comparação com condições reais de funcionamento do produto analisado;
  • Escolha do tipo de análise (estática, harmônica, transiente, etc);
  • Simplificação geométrica do modelo;
  • Simplificação das condições de carregamento;
  • Entre outras…

O método dos Elementos Finitos é um método matemático, e por si só, já contém erros! Como disse o matemático George E. P. Box – “All models are wrong, but some are usuful”, portanto o grande desafio é encontrar os modelos matemáticos que são úteis para a resolução dos nossos problemas.

Diante desta afirmação, o que nos resta fazer é mitigar os erros e fazer com que eles sejam toleráveis dentro do nosso problema.

Como verificar se os resultados são coerentes e podem ser utilizados?

Uma boa prática na análise de Elementos Finitos é comparar os resultados da análise virtual com cálculos analíticos.

Em muitos casos é possível estimar os momentos e forças de reação em um determinado ponto da peça sob análise e calcular as tensões ali resultante. Esses valores podem ser comparados com os resultados da análise de Elementos Finitos para aumentar a confiabilidade e precisão dos resultados. Com o passar do tempo, os softwares têm ficado cada vez mais fácil de se utilizar e com mais recursos, porém é de extrema importância que o analista questione os resultados ou faça verificações para ter certeza dos resultados.

Nós da Ensus já tivemos casos em que por alterar um tipo de contato, os resultados mudaram drasticamente, afetando os resultados de forças e momentos de reação em determinados pontos, em situações que não era para acontecer isso. A decisão feita para seguir por um caminho ou outro só pode ser realizada quando existe um embasamento técnico por trás, realizando comparações analíticas com o modelo virtual.

Outra alternativa, é comparar os valores obtidos na Análise de Elementos Finitos com medições experimentais. Para geometrias e carregamentos complexos essa opção é a mais indicada, pois monitora a condição real de funcionamento do equipamento, fazendo com que as respostas possam ser obtidas de maneira precisa com maior confiabilidade.

A comparação de resultados de ensaio de extensômetria por exemplo, consiste na comparação entre as deformações no modelo virtual com os resultados dos sensores. Estando dentro do regime elástico do material, é possível realizar a comparação de tensão entre a técnica experimental e virtual, definindo com precisão a direção e amplitude da tensão/deformação.

Medições de vibração também são extremamente úteis para ser comparadas com análise de Elementos Finitos, como por exemplo a comparação das frequências naturais e modos de vibração de uma técnica para outra. Pode-se dizer que a melhor prática para validar as condições de contorno de uma análise virtual é a comparação entre medições de vibração com o modelo de Elementos Finitos – dessa maneira você “calibra” o modelo identificando se as condições de restrição consideradas estão adequadas ou não, como também identificando se a rigidez global da peça está coerente, respondendo perguntas/dúvidas do tipo:

  • Alguma peça foi desconsiderada de maneira equivocada (contribui para a rigidez global)?
  • Alguma simplificação de geometria foi considerada de maneira inadequada?
  • As restrições estão aplicadas corretamente? A condição de restrição na realidade não é totalmente rígida contribuindo para a redução das frequências naturais;
  • O amortecimento pode ser desprezado?
  • Entre outras;

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Caso tenha alguma dúvida, estamos à disposição para ajudá-lo.

Abraço,

5 Comments

  1. Silvio T. Zanetic disse:

    Muito bom , obrigado

    • Jose Roberto Ramazini disse:

      Muito bom o artigo! Embora não tenha formação em engenharia, cursei cálculo e física do I ao III ou IV e cálculo numérico, estatística, algebra linear. … Estou me interessando muito por esse assunto. Tenho o curso de técnico em mecânica (supletivo) do Cotil em Limeira e dá pra entender a linguagem empregada pela ENSUS. Obrigado pelas aulas!

  2. Mariana disse:

    Excelente explanação! Comecei um trabalho recente com simulação computacional em tratamento térmico e sem dúvida é notório a necessidade de um profissional que oriente os resultados apresentados pelo software.

  3. cibele disse:

    Olá, tenho uma duvida , os resultados obtido na analise de elementos finitos podem ser submetidos a testes estatísticos ????

    • José Guilherme disse:

      Os resultados podem sim ser submetidos a testes estatísticos.
      A análise de elementos finitos, tem o intuito de simular a condição real de operação do equipamento sob análise e, portanto, entendendo qual é o comportamento real que está submetido pode-se realizar análises estatísticas.
      Dentro dos tipos de análise estrutural pelo método dos elementos finitos, existe também a análise aleatória que obtém resultados estruturais (tensão, deformação, deslocamento, etc) a partir de um sinal PSD, onde a resposta é fornecida em termos de probabilidade de ocorrência.

      Abraço,

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