A transformação digital na engenharia elevou drasticamente o nível de precisão necessário para conceber, validar e otimizar projetos industriais. O uso de simulações avançadas permite que estruturas completas sejam testadas virtualmente antes mesmo da fabricação, eliminando em grande parte a necessidade de prototipagem física e reduzindo custos, riscos e prazos!
Com o avanço da tecnologia, são empregados softwares capazes de criar modelos estruturais de alta fidelidade, permitindo análises robustas mesmo em condições adversas, por meio de Métodos de Elementos Finitos (MEF).
O Método dos Elementos Finitos é uma ferramenta muito utilizada na engenharia de projetos para garantir a análise completa e detalhada de estruturas, a partir de simulações.
Nas próximas linhas, você vai descobrir as diferenças entre o MEF e os métodos tradicionais, e como esse método pode não apenas reduzir seus erros em projetos, mas também transformar completamente sua abordagem de engenharia.
O que é o MEF e suas Simulações? Desmistificando a Realidade Digital
Para começar o MEF, ou Método de Elementos Finitos (FEA em inglês), é uma ferramenta de simulação computacional que transforma um componente complexo, seja a estrutura de um transportador de correia, um chute de transferência ou um alimentador de sapatas, em um vasto conjunto de pequenas e interconectadas partes, denominadas elementos finitos.
O software de análise estrutural aplica as equações diferenciais da elasticidade (equilíbrio, tensões, deformações) a cada um desses milhares de elementos. Isso permite mapear o comportamento integral da estrutura, ponto a ponto, sob condições reais de carregamento e ambiente.
A figura abaixo apresenta uma estrutura modelada por meio do MEF, sendo possível observar cada pequeno elemento e os diferentes tipos de forças aplicados sob a estrutura.
Análises de Estruturas pelo MEF
O Método dos Elementos Finitos permite realizar diversos tipos de análises. Desde análise estáticas lineares até análises não lineares envolvendo grandes deslocamentos, plasticidade, atrito, contato entre componentes e colapsos progressivos.
Com diversos tipos de análises em um mesmo software, o MEF é capaz de prever cenários que ocasionam fadigas, encontrar pontos suscetíveis ao escoamento, mapear deformações, e inclusive, calcular o comportamento desbalanceado de componentes rotativos, por exemplo.
Ademais, em análises dinâmicas é possível estudar vibrações, respostas harmônicas, choques, transientes — simulações transientes permitem prever comportamentos dependentes do tempo — e excitações variáveis no tempo, como as provocadas por vento, tráfego, máquinas rotativas ou variações térmicas. Enquanto em análises multifísicas podem integrar efeitos térmicos, estruturais e fluidodinâmicos em um único modelo.
A Aplicação de elementos finitos em projetos de engenharia permite ver o futuro do seu equipamento antes mesmo dele existir, mitigando falhas e reduzindo drasticamente custos com prototipagem.
MEF e os Métodos Tradicionais: Qual a melhor opção?
Métodos analíticos clássicos funcionam muito bem, e continuarão a funcionar, sendo mais indicados, porém, para aplicações simplificadas, ou com domínio reduzido. Imagine calcular cada componente, com detalhe, de uma aeronave à mão, levaria anos. O avanço tecnológico nos permite utilizar aplicações computacionais, baseadas no MEF, para acelerar os processos de dimensionamento e projeto.
Vantagens do método dos elementos finitos na indústria incluem:
- Geometrias Complexas: Enquanto fórmulas tradicionais assumem formas simples (vigas retangulares, placas uniformes), o MEF abraça a complexidade real dos projetos industriais. Curvas, furos, soldas, variações de espessura — tudo é modelado com precisão;
- Carregamentos Reais: Permite a análise da força distribuída, pressões variáveis, gradientes térmicos, carregamentos dinâmicos, etc.;
- Materiais Heterogêneos: O MEF permite a análise de materiais mais complexos em ação como aços diferentes, soldas, tratamentos térmicos localizados. Cada região pode ter propriedades mecânicas distintas no MEF. Tente fazer isso com uma fórmula de resistência dos materiais tradicional.
Mas cuidado: As simulações por softwares geralmente não verificam automaticamente requisitos normativos, ela apenas calcula o que foi modelado, e sendo assim, um modelo incorreto certamente produzirá resultados inconsistentes.
De acordo com o enterfea, usar o MEF é uma arte, principalmente no que diz respeito a elaborar as simulações e interpretar seus resultados. É responsabilidade do engenheiro entender adequadamente gráficos, tensões, modos de vibração e fatores de segurança, garantindo que o projeto esteja coerente com os requisitos técnicos empregados.
Case de Sucesso Virtos Engenharia
Na Virtos Engenharia, a aplicação do MEF é um protocolo. Em cada projeto garantimos que a análise estrutural seja o alicerce da decisão de projeto. Temos inúmeros casos reais onde a precisão da simulação transformou projetos.
Análise de um perfil
Em um projeto desenvolvido pela Virtos Engenharia, foi necessário validar tensões e deformações de um perfil polimérico reforçado com fibra de vidro.
Esse tipo de problema exige modelos numéricos avançados, capazes de representar com fidelidade o comportamento ortotrópico do material, algo que a Virtos domina por meio de um robusto acervo de testes físicos e computacionais, que hoje sustentam seu processo de dimensionamento para aplicações complexas. Abaixo podemos ver os índices de tensões do perfil, esta projeção foi essencial para o andamento do projeto e realizada através do Método dos Elementos Finitos.
Ainda neste caso, o estudo também envolveu a análise de flambagem global de um perfil de seção composta “U” com talas.
Era necessário garantir que não ocorressem modos de flambagem prematuros, que descaracterizassem o comportamento global e unificado dos perfis. A simulação permitiu validar que o conjunto apresentava comportamento esperado para o arranjo estrutural projetado:
Análise de um tanque atmosférico
Em uma aplicação voltada para um equipamento de armazenamento, a Virtos executou a modelagem completa de um tanque atmosférico, cuja geometria exigia uma abordagem tridimensional detalhada.
Esse projeto incluía a verificação de flambagem do costado do tanque, avaliando imperfeições geométricas, modos de instabilidade e efeitos de interação entre placas, algo inviável de ser reproduzido por métodos tradicionais.
O uso do MEF neste caso possibilitou observar as áreas críticas da estrutura, avaliar a segurança e verificar a possibilidade de fenômenos como a flambagem local das chapas, permitindo uma avaliação segura do comportamento do ativo.
Conclusão
Fica evidente que na engenharia a precisão é essencial e assim se faz necessária a análise e planejamento de estruturas e projetos. Sendo de forma mais simples e barata por meio de métodos analíticos tradicionais ou por métodos de elementos finitos para estruturas mais robustas.
À medida que os projetos se tornam mais desafiadores, cresce a necessidade de dimensionamento rigoroso, e nesse ponto a Virtos Engenharia vem se destacando ao desenvolver metodologias próprias, baseadas em um extenso conjunto de testes experimentais e estudos numéricos, que validam e refinam equacionamentos analíticos aplicados a casos reais. Isto permite à empresa entregar soluções de alta confiabilidade em condições de prazo e custo otimizadas.
O Método dos Elementos Finitos não é apenas uma ferramenta computacional — é uma nova forma de pensar engenharia.
Se interessou pelo MEF e gostaria de saber como simulações podem agregar ao seu projeto? Entre em contato com a Virtos Engenharia! Clique aqui e consulte nossa equipe para mais informações.
