Malhas

O método de elementos finitos funciona dividindo um objeto real em um grande número (de 1.000 a 100.000) de elementos, como pequenos tetraedros ou cubos, chamados de malha. Definir equações matemáticas prevê o comportamento de cada elemento. O computador combina todos os comportamentos elementares individuais para prever o comportamento de toda a peça ou montagem.

A qualidade de uma malha de superfície e as formas dos elementos sólidos afetam a precisão dos resultados da simulação. Além disso, a densidade da malha (isto é, o número de elementos por unidade de volume) afeta a precisão dos resultados. Preste atenção à qualidade da malha e ao refinamento de malha local, para maximizar a precisão dos resultados por meio das técnicas de convergência de malha.

A Autodesk Fusion fornece geração automatizada de malha, juntamente com as configurações globais e locais para o tamanho da malha, qualidade da malha, ordem dos elementos e outras opções.

• As configurações de malha se aplicam a todos os componentes.
• Os controles de malha local se aplicam às entidades selecionadas.
• Cada estudo de simulação tem suas próprias configurações de malha.

Uma boa malha equilibra a precisão e o tempo de cálculo. As malhas de qualidade convergem rapidamente, produzem resultados precisos e não produzem erros. A maioria do processo de criação de malha envolve a especificação das configurações de malha apropriadas.

Nós e elementos

Antes de resolver uma análise Fusion, a geometria é dividida em pequenas partes denominadas elementos. O canto de cada elemento é um nó. O cálculo é executado nos nós. Além disso, os nós podem ser incluídos no ponto central ao longo das arestas dos elementos. Estes elementos e nós compõem a malha.

A precisão da solução depende de uma boa malha e Fusion automatiza muito do processo de criação de malha para ajudar você a criar uma boa malha para sua simulação.

Um nó é uma localização de coordenadas no espaço onde os graus de liberdade (graus de liberdade) são definidos. Para análises estruturais, os graus de liberdade representam o possível movimento do ponto devido ao carregamento da estrutura. A deformação no material é determinada a partir do movimento relativo dos nós, e as tensões são calculadas com base nas tensões e nas propriedades do material. Para análises térmicas, o único grau de liberdade é a temperatura em cada nó. O fluxo de calor é então determinado com base na distribuição de temperatura e na condutividade térmica do material. Os graus de liberdade também afetam quais forças e momentos são transferidos de um elemento para o próximo. Os resultados de uma análise de elementos finitos (deflexões, tensões, temperaturas, taxa de fluxo de calor) são fornecidos nos nós.

No mundo real, um ponto se move em seis direções diferentes — translação em X, Y e Z, e rotação em X, Y e Z. Em FEA, um nó pode ser limitado nos movimentos calculados por diversos motivos. Por exemplo, não é necessário calcular a conversão fora do plano em um elemento 2D. Não é um elemento 2D se seus nós puderem se mover para fora do plano. Além disso, as rotações nodais não são consideradas para elementos sólidos. Toda a deformação em elementos sólidos é o resultado somente de conversões nodais. No entanto, os elementos planos e de linha normalmente suportam grau de liberdade rotacional.

O grau de liberdade de um nó relaciona quais tipos de forças, restrições ou fluxos de calor são transmitidos através do nó para o elemento. Uma força, axial ou de cisalhamento, corresponde a um grau de liberdade de translação, pois a rigidez do elemento determina a distância em que o nó se move quando sujeito a uma carga específica. Um momento corresponde a um grau de liberdade rotacional. Portanto, para transferir um momento em torno de um determinado eixo, o nó deve ter um grau de liberdade rotacional em torno do eixo. Se um nó não tiver esse grau de liberdade rotacional, aplicar um momento ao nó não terá efeito na análise. Da mesma forma, restringir um nó com uma condição de limite rotacional não terá efeito se o nó não tiver a capacidade de transmitir o momento.

Um elemento é o bloco de construção básico de uma análise de elementos finitos. Há diferentes tipos de elementos e seu uso depende do modelo e do tipo de análise. Atualmente, todos os elementos sólidos em Fusion são tetraédricos (consistindo em quatro faces triangulares e seis arestas cada). Os elementos tetraédricos lineares têm quatro nós. O elemento tetraédrico parabólico adiciona um nó do meio ao longo de cada aresta, resultando em um total de dez nós por elemento. Há duas variações de elementos tetraédricos parabólicos — com e sem arestas curvas.

Tabela 1: Variações do elemento tetraédrico.

Tetraedro linear	Tetraedro parabólico	Tetraedro parabólico com arestas curvas
(4 nós)	(10 nós)	(10 nós)

Um elemento é uma relação matemática que define como os graus de liberdade de um nó se relacionam com o próximo nó. Essa relação matemática também define como as deflexões criam tensões.