Hoje é difícil encontrar algum profissional da área de processos metalúrgicos de fabricação que desconheça o termo “Elementos Finitos”. Basta alguém dizer algo como “esse processo foi simulado pelo Método dos Elementos Finitos” para que ele seja imediatamente compreendido. Mas será mesmo? Será que quem escuta dizer esse termo realmente compreende do que se trata, ou apenas entende que por “mágica computacional” é possível prever se uma determinada operação é viável ou não?
Enfim, qual seria então a proposta do MEF, o Método dos Elementos Finitos? Basicamente, entende-se que é muito mais simples calcular esforços e repostas em geometrias básicas, como um quadrado ou um triângulo, para modelos bidimensionais (2D), ou um cubo ou tetraedro, para modelos tridimensionais (3D), do que em geometrias grandes e complexas, como uma biela forjada, por exemplo. Construindo uma linha de raciocínio que nos permita compreender a aplicação do método, é possível aceitar que uma geometria, seja ela bidimensional ou tridimensional, possa ser representada por pontos. Isso mesmo. Vários pontos distribuídos em um espaço e que, em conjunto, representam a área ou o volume da geometria de um tarugo, por exemplo. A Figura 1 ajuda a entender essa linha de raciocínio. A Figura 1 A) mostra uma geometria qualquer, sendo preenchida por pontos na Figura 1 B) e, finalmente, representada apenas pelos pontos na Figura 1 C). Esses pontos são também chamados de “nós”. Na realidade, quanto mais nós forem utilizados, melhor será a representação da geometria. A Figura 2 exemplifica muito bem como um maior número de nós pode ajudar na precisão da representação geométrica, sendo que a Figura 2 C) exibe uma maior quantidade de nós e uma geometria mais próxima da realidade.
Uma vez definidos os nós, é possível fazer uma ligação entre ambos formando figuras menores e simples. Essas figuras juntas são denominadas “elementos”, dispostas em uma quantidade definida (finita) e representando uma peça qualquer. Todos esses nós e elementos juntos formam o que pode ser chamado de “malha”. Portanto, o software calcula esforços e respostas em cada elemento, interligando todos eles matricialmente, resolvendo através de formulações diretas ou não, sendo capaz de fornecer resultados para uma determinada peça como um todo. As malhas podem ser grosseiras, poucos nós e elementos, como na Figura 3 A), ou refinadas, muitos nós e elementos como mostra a Figura 3 B).
Ainda, uma malha pode ter uma densidade variável, conforme mostrado na Figura 3 C), visando melhor representar resultados em regiões mais complexas. Enfim, quanto mais refinada uma malha, mais precisos e realísticos são os resultados obtidos. Entretanto, maiores refinamentos implicam em maiores quantidades de cálculos e tempos mais longos de simulação computacional. De maneira similar, a Figura 4 exemplifica o uso de elementos tridimensionais para a representação de parte de uma engrenagem, refinando a sua malha na região de interesse.
