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Hoje, iremos ter uma pequena introdução a alguns temas de análise linear estática por elementos finitos. Uma análise por elementos finitos é um tipo de análise onde o software divide o problema complexo, que é a sua análise, em uma infinidade de problemas mais simples e fáceis de resolver através de uma malha de polígonos. Iremos fazer uma rápida análise em uma viga engastada para que possamos ilustrar alguns dos conceitos mais básicos e desmistificar alguns dos temas que eventualmente são tratados com certo receio pela comunidade. A imagem abaixo ilustra o nosso modelo de estudo.

Inicialmente definimos as restrições da nossa viga e fazemos as distribuições de carga, neste caso eu defini a face traseira da coluna mestra como fixa e inseri uma carga distribuída de 100.000 N na face superior da viga, além disso defini o material dos componentes como aço. É importante salientar que toda simulação realizada em qualquer ambiente de análise de elementos finitos necessita obrigatoriamente de 3 inputs. As restrições de movimento sólido, ou seja, aonde ele está preso, as forças atuantes sobre o corpo e as informações do material, sem essas 3 informações é impossível realizar qualquer análise no software. Segue abaixo o resultado que o SOLIDWORKS me devolveu e vamos aprender a entender este resultado.

A primeira coisa que notamos visualmente é a mudança de cores no modelo em função do diagrama de von Mises e a deformação exagerada do nosso modelo. Geralmente essa deformação assusta alguns tripulantes de primeira viagem em softwares de simulação porém a deformação foi exagerada propositalmente por um fator de escala, para que nós como projetistas possamos entender melhor o comportamento do material e trabalhar em nosso projeto base levando em conta a forma como nossa peça se deforma.

Agora vamos entender o diagrama de von Mises. A grosso modo ele é um diagrama em que podemos avaliar o somatório das tensões que estão sendo aplicadas em um determinado ponto do modelo. Na imagem acima fica evidente que os dois pontos onde temos a maior concentração de tensão são na parte superior (Tração) e na parte inferior (Compressão) da viga em um ponto próximo a coluna, um valor de mais de 350 MPA, muito acima do limite de escoamento do nosso aço que no caso seria 220 MPA. Agora que entra o nosso trabalho como projetista. O que podemos fazer para reduzir a tensão nesses pontos para que possamos estar dentro da nossa tensão admissível?

Uma solução clássica seria arredondar os cantos vivos de nosso modelo para assim diminuir a concentração de tensão e melhor distribuí-la ao longo da viga. Observe que isto reduziu de fato a tensão máxima encontrada em nosso diagrama. Agora a tensão chega até 315 MPA, uma redução de 35 MPA na tensão, porém, ainda sim ficamos acima da tensão de escoamento do material. É hora de tentarmos outra estratégia.

Perceba que ao criarmos mais um elemento de apoio para esta coluna a tensão cai drasticamente, agora a tensão máxima que foi encontrada neste modelo mal chega a 60 MPA, um valor bem abaixo do limite de escoamento do material e será a solução que iremos adotar.

Repare que após definir a solução final, foi feito um refinamento da malha para que tivéssemos um resultado mais assertivo. A tensão máxima cresceu um pouco ficando em torno de 65MPA mas ainda sim bem abaixo do meu limite de escoamento. Então esse será nosso modelo final.

É importante salientar que esses resultados servem para nos guiar em relação a como as tensões estão se comportando no nosso modelo e a fazer projetos melhores, porém, ela não é um resultado definitivo havendo abertura para uma série de outras possibilidades que atendessem melhor as demandas do projeto e ainda dando abertura para análises mais complexas, como uma simulação que levasse em conta fadiga no componente, cargas não estáticas, flambagem, carga térmica entre diversas outras condições que foram desprezadas neste modelo simples que teve como propósito introduzi-los ao básico da análise por elementos finitos.

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