Nas diversas áreas da Engenharia temos fenômenos que são modelados por equações diferenciais parciais, como por exemplo na mecânica estrutural e a fluidodinâmica.
Para algumas geometrias simples e sob certas condições de contorno, as essas equações podem ser reduzidas a uma forma onde exista uma solução analítica. Entretanto, como sabemos a Engenharia muitas vezes possui geometrias complexas e isso torna complexo uma tentativa de resolução das análise através de métodos analíticos.
Essas dificuldades ao longo dos anos, levaram engenheiras(os), cientistas e matemáticos a adotarem aproximações para seus desafios. Devido ao desafio de sempre buscar melhorias e resultados mais próximos ao ambiente real, ao longo dos últimos anos pesquisadores e estudiosos têm desenvolvido métodos numéricos como o Método de elementos finitos.
O que é o método de Elementos Finitos.
O método de elementos finitos consiste na divisão do domínio em subdomínios menores. Esses subdomínios no método de elementos finitos são chamados de elementos e podem possuir diversas formas geométricas como triângulos, quadriláteros, pentágonos, etc. Além disso, podemos mesclar duas ou mais formas geométricas em um mesmo domínio.
A partir disso, as equações diferenciais são transformadas em um sistema matricial de equações. Desse modo, todas as equações podem ser resolvidas através de métodos numéricos convencionais.
O que são softwares de análise MEF.
Na prática a análise de elementos finitos é realizada por meio de softwares denominados como CAE (Computer-Aided Engineering). Esses softwares auxiliam os profissionais a desenvolverem suas geometrias, criação de malha e análise do fenômeno em estudo através de um solver pronto para a física que você deseja analisar.
Como assim? Na prática muitos software já possuem um pacote de equações já discretizadas que estão implementadas dentro da sua biblioteca. Exemplos clássicos são análise de condução de calor, análise estrutural estática, análise dinâmica, dentre outras.
Softwares open source para Análise de Elementos Finitos
Atualmente temos alguns softwares opensource que podem te auxiliar a implementar o MEF nos seus projetos de Engenharia. Abaixo deixo uma lista com alguns deles:
Code_aster: Simulações Estruturais e Termomecânicas.
CalculiX: Aplicação de análise multifísica que usa inputs similares ao Abaqus.
Elmer: Simulações multi físicas.
Impact Finite Element: Análise dinâmica de impactos.
A escolha do melhor software depende muito das suas escolhas de projeto como por exemplo a física em estudo. A boa notícia para quem está em busca de inserir é que nós da Wikki Brasil temos um canal no Youtube que ensina como fazer download de softwares open source e também como desenvolver as primeiras simulações numéricas. Para acessá-lo basta clicar aqui.