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Análise de elementos finitos

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análise de elementos finitos (FEA) é a modelagem e simulação virtual de produtos e montagens para desempenho estrutural, acústico, eletromagnético ou térmico. FEA é a aplicação prática do método dos elementos finitos (FEM).

O que é análise de elementos finitos?

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análise de elementos finitos é a modelagem de produtos e sistemas em um ambiente virtual para encontrar e resolver problemas potenciais (ou existentes) de desempenho do produto. O FEA é a aplicação prática do FEM, que é usado por engenheiros e cientistas para modelar matematicamente e resolver numericamente problemas complexos estruturais, acústicos, eletromagnéticos, térmicos, fluidos e multifísicos. O software FEA pode ser utilizado em uma ampla variedade de indústrias, mas é mais comumente usado nas indústrias aeronáutica, automotiva, eletrônica, de máquinas industriais, marítima e de produtos de consumo.

Um modelo de elementos finitos (FE) compreende um sistema de pontos chamados “nós”, que formam a forma do design. Conectados a esses nós estão os elementos finitos que formam a malha de elementos finitos e contêm as propriedades materiais e estruturais do modelo, definindo como ele reagirá a determinadas condições. A densidade da malha de elementos finitos pode variar em todo o material, dependendo da mudança prevista nos níveis de tensão de uma área específica. As regiões que experimentam grandes mudanças na tensão geralmente requerem uma densidade de malha maior do que aquelas que experimentam pouca ou nenhuma variação de tensão. Os pontos de interesse podem incluir pontos de fratura de material previamente testado, filetes, cantos, detalhes complexos e áreas de alta tensão.

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Um visual de Simcenter Nastran software, um solucionador de métodos de elementos finitos (FEM) de primeira linha.

Aproveite o FEA para melhorar o desempenho do seu produto

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Descubra os benefícios

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FEA é uma metodologia bem estabelecida, frequentemente usada para substituir ou complementar métodos experimentais e analíticos para auxiliar no projeto de engenharia e na análise de produtos de uso diário. Em comparação com prototipagem e experimentos, as simulações baseadas em FEA oferecem os seguintes benefícios.

Aumente o desempenho

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análise de elementos finitos permite que você analise e explore rapidamente as possibilidades de engenharia para aumentar o desempenho do produto.

Redução de tempo

A

análise de elementos finitos ajuda você a colocar designs de produtos otimizados no mercado mais rapidamente do que um método de construção e teste.

Redução de custos

Ao aproveitar a análise de elementos finitos, você pode reduzir significativamente o custo de desenvolvimento do produto em comparação com os processos tradicionais de teste baseados em protótipos físicos.

Etapas do processo de simulação FEA

Independentemente do software usado, a maioria das simulações de FEA segue essas etapas generalizadas.

Modelo 3D de uma estrutura de carro com mapeamento térmico visual de Simcenter 3D software.

Pré-processamento

O estágio de pré-processamento envolve editar a geometria e prepará-la para simulação. Em um processo chamado de malha, uma ferramenta de pré-processamento converte a geometria do projeto em pequenos elementos finitos antes de aplicar propriedades, cargas, restrições e parâmetros de simulação do material.

O software de simulação CFD começa a resolver iterativamente as equações discretizadas usando o solucionador CFD.

Resolvendo

O software de simulação FEA começa a resolver iterativamente as equações discretizadas usando o solucionador. Essa etapa pode exigir tempo ou recursos computacionais significativos. Para simulações complexas, mais empresas estão recorrendo à computação em nuvem como uma solução econômica para esse problema.

Análise linear de uma estrutura mecânica visual de Simcenter 3D software.

Pós-processamento

Quando a resolução estiver concluída, a próxima etapa é analisar e visualizar os resultados da simulação qualitativa e quantitativamente usando relatórios, monitores, gráficos, imagens 2D/3D e animações. A verificação e validação dos resultados também estão incluídas nesta etapa.

Tipos de análise FEA

Análise 1D (modelos de feixe) A análise 1D se refere à aplicação de modelos criados exclusivamente por elementos unidimensionais compostos por apenas dois nós, como elementos de feixe. A análise 1D pode ser boa para analisar em estágios iniciais estruturas que normalmente são complicadas de modelar, como carroceria de carro ou fuselagem. O modelo de feixe 1D pode ajudar os engenheiros a avaliar rapidamente a dinâmica corporal antes que toda a geometria esteja pronta para uma análise mais profunda.

Análise 2D (modelos de conchas) Os engenheiros combinam a geometria com elementos bidimensionais, como um elemento quádruplo ou triangular para corpos de paredes finas, como peças feitas de chapa metálica. As propriedades do elemento definem então a espessura do elemento de casca que o solucionador usará para calcular tensões, deformações e outros resultados. Os pré-processadores FEA têm algoritmos de mesclagem rápida que ajudam os engenheiros a criar uma malha de concha na geometria.

Análise 3D (modelos sólidos) Para geometria sólida e robusta, como um bloco de motor, os engenheiros usam elementos tridimensionais sólidos para representar a geometria. Elementos tetra, pirâmide e hexadecimal são criados em todo o corpo sólido. Os pré-processadores FEA têm as ferramentas que os engenheiros precisam para criar modelos de malha sólida.

Multiphysics FEA Modern FEA é mais do que apenas simular um único domínio de física individualmente. Hoje, o FEA se tornou muito mais multidisciplinar ao permitir que os engenheiros unam diferentes tipos de física, como interação fluido-estrutura (FSI), simulação termomecânica, dinâmica de vários corpos com corpos flexíveis estruturais baseados em Fe, eletromecânico-térmica e muito mais. A simulação multifísica é de fundamental importância em produtos cada vez mais complexos que exigem engenharia holística entre domínios para alcançar o máximo desempenho.

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