Enciclopédia do Válvuleiro

O que é uma análise por elementos finitos?

Quart Feira - 16 de Outubro de 2019

folga tolerancia 350

Como saber se um produto com um formato complexo esta bem dimensionado? Como fazer protótipos e testa-los nas condições mais severas sem fazer grandes investimentos? E sem investir muito tempo na fabricação e testes desses protótipos? A resposta esta na simulação computacional que hoje é utilizada para realizar virtualmente esses testes e análises, dessa maneira é possível detectar problemas em produtos que ainda nem existem realmente e melhorar a estrutura desses produtos e projetos antes de partir para a fabricação. Essas simulações virtuais são realizadas por programas de computador que utilizam o Método dos Elementos Finitos (MEF), ou e FEA como também é bem conhecido, Finite Element Method em inglês. Essa é mais uma contribuição da ABNT NBR 15827 para a evolução tecnológica da indústria de válvulas no Brasil;

Como funciona?


O modelo 3D que é submetido aos esforços e restrições é subdividido em pequenas partes, chamadas de elementos. A divisão do formato da peça em pequenos elementos permite resolver um problema complexo, dividindo-o em problemas menores e mais simples, ou seja, ao invés de analisar uma peça muito complexa como um todo são realizadas analises em pedaços bem menores dessa peça de modo que o software consiga executar esses cálculos com mais eficiência e velocidade.

Através desse método, um número infinito de variáveis desconhecidas são substituídas por um número limitado de elementos. Essas divisões podem apresentar diferentes formas, tais como a triangular, quadrilateral, e outras, dependendo do tipo do problema. Como são elementos de dimensões finitas, são chamados de “elementos finitos” termo que nomeia o método. Os elementos finitos são conectados entre si por pontos, os quais são denominados de nós. Ao conjunto de todos esses itens, elementos e nós, dá-se o nome de malha.

tabela folga tolerancia segunda img
tabela folga tolerancia segunda img

A precisão nos resultados gerados pelo Método dos Elementos Finitos depende da “qualidade da malha” que foi gerada, quanto maior for a quantidade de nós e elementos, do tamanho e dos tipos de elementos da malha, melhor será o resultado da análise. Ou seja, quanto menor for o tamanho e maior for o número deles em uma determinada malha, maior a precisão nos resultados da análise, porém existe o outro lado, quanto mais se refina a malha, melhor é o resultado, mas com esse refinamento a análise se torna muito mais demorada, o que exige computadores muito bons e tempo de análise, o profissional que configura a malha e todo o sistema de fixação da peça e aplicação de esforços na mesma sempre irá procurar o equilíbrio entre esses fatores, qualidade da malha, precisão no resultado e tempo de análise.

O método pode ser aplicado na resolução de problemas de análise estrutural por meio da obtenção de deslocamentos, deformações e tensões, também permite verificar o desempenho de produtos com referencia a resistência, rigidez ou fadiga. Além disso, o Método dos Elementos Finitos também permite a análise térmica, acústica, dinâmica, eletromagnética e de fluídos.

tabela folga tolerancia segunda img A primeira edição da norma ABNT NBR 15827 no item 6.2.1 já determinava que a memória de cálculo da válvula deveria incluir análise das tensões e deformações resultantes, por modelos de elementos finitos, a partir dai as empresas começaram a investir em programas e treinamentos para atender a esse requisito da norma.

Existem diversos programas para simulação de elementos finitos, os cinco mais utilizados são: Msc NASTRAN w/ Patran, Femap, Altair Hyperworks, MscAPEX e Ansys Workbench.

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