Engenheiros utilizam vários tipos de métodos analíticos para resolver problemas estruturais, seja para calcular a deflexão de uma viga ou a tensão em uma placa plana, mas geralmente enfrentam problemas que não podem ser resolvidos usando métodos analíticos tradicionais, porque a geometria, as cargas ou os materiais do objeto a analisar são muito complexos.
Análise de Elementos Finitos (FEA)
A Análise de Elementos Finitos (FEA) é a simulação de fenómenos físicos usando um método numérico chamado Método de Elementos Finitos (FEM) que usa o poder computacional para calcular soluções aproximadas para esses tipos de problemas, realizando a análise finita de elementos.
A FEA é a aplicação prática do Método de Elementos Finitos (FEM), que é usado por engenheiros e cientistas para modelar matematicamente e resolver numericamente problemas complexos estruturais, de multifísica e fluidos.
O MEF consiste em dividir o objeto a ser analisado em um número de pequenos elementos que são conectados entre si em nós e resolver as equações que regem o fenômeno físico em questão para cada uma dessas partes. O processo de dividir o objeto em pequenos elementos é chamado de discretização e a coleção de nós e os pequenos elementos é chamada de malha.
Os cálculos são executados para cada elemento ou ponto da malha e, em seguida, combinados para formar o resultado final geral da estrutura.
Vários tipos de formatos de elementos podem ser usados, mas os mais usados são triangulares, quadrangulares e em linha.
Os formatos triangulares são bons para modelar formas estranhas embora os formatos quadrangulares tendem a ter um bom desempenho.
Este método consiste na resolução numérica de equações diferencias parciais (EDPs) para cada elemento do objeto a analisar por meio da discretização.
Este método é amplamente usado em praticamente todas as áreas de engenharia. Pode ser usado, por exemplo, para verificar se os componentes do satélite sobreviverão às condições de lançamento ou para otimizar o design de componentes de um automóvel, como o braço de controle inferior da superfície do carro. Também pode ser usado para realizar análise de escoamento de fluidos, transferência de calor e problemas relacionados com eletromagnetismo.
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Análise Fluidodinâmica Computacional (CFD)
Análise Fluidodinâmica Computacional (CFD) é um método que consiste na simulação e análise de escoamento de fluidos usando métodos numéricos para obter soluções aproximadas. Este método permite analisar problemas complexos envolvendo a interação entre fluidos (líquido-líquido, líquido-gás, líquido-sólido e sólido-gás).
Esse fenômeno é descrito pelas equações de Navier-Stokes que, exceto para escoamentos muito simples, não podem ser resolvidas de modo analítico. O CFD assume, então, posto de destaque na resolução desses problemas, reduzindo a necessidade de prototipagem e testes em escala, como, por exemplo, em túneis de vento.
A mecânica dos fluidos utiliza as equações diferenciais parciais para explicar as leis de escoamento dos fluidos, o CFD transforma essas equações diferencias parciais em equações algébricas e é capaz de resolver essas equações numéricas de forma eficiente.
O CFD é amplamente usado em áreas de engenharia como aerodinâmica e hidrodinâmica, onde as quantidades como sustentação e arraste ou propriedades como pressão, temperatura e velocidade são avaliadas.
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