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Método dos Elementos Finitos

1943
  • Richard Courant
  • Alexander Hrennikoff
  • Olgierd Zienkiewicz
Finite Element Method applied in structural analysis within an engineering office.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

The Finite Element Método (FEM) is a powerful numerical technique for solving complex engineering and physics problems described by diferencial parcial equações. Funciona discretizando um domínio contínuo em um conjunto de subdomínios menores e mais simples chamados 'elementos finitos'. Isso permite a solução numérica aproximada de problemas em análise estrutural, transferência de calor, fluxo de fluidos e eletromagnetismo.

O processo de elementos finitos (FEM) começa com a "discretização" do domínio do problema em uma malha de elementos finitos (por exemplo, triângulos ou quadriláteros em 2D, tetraedros ou hexaedros em 3D). Dentro de cada elemento, a variável de campo desconhecida (por exemplo, deslocamento) é aproximada por funções polinomiais simples, conhecidas como funções de forma. Os valores do campo nos nós do elemento tornam-se as novas incógnitas do problema.

Um sistema de equações algébricas para todo o domínio é derivado, tipicamente usando um princípio variacional como o princípio da energia potencial mínima ou um método de resíduos ponderados como o método de Galerkin. Este processo gera uma "matriz de rigidez do elemento" [latex][k_e][/latex] para cada elemento, que relaciona as forças nodais [latex]{f_e}[/latex] aos deslocamentos nodais [latex]{u_e}[/latex] por meio de [latex][k_e] {u_e} = {f_e}[/latex]. Essas matrizes de elementos individuais são então sistematicamente combinadas ("montadas") em uma única matriz de rigidez global [latex][K][/latex] para toda a estrutura. Após a aplicação das condições de contorno conhecidas (forças e restrições), o grande sistema resultante de equações lineares, [latex][K] {U} = {F}[/latex], é resolvido numericamente para o vetor de deslocamento global desconhecido [latex]{U}[/latex]. Uma vez conhecidos os deslocamentos nodais, outras grandezas, como deformações e tensões, podem ser calculadas para cada elemento.

UNESCO Nomenclature: 1208
Análise numérica

Tipo

Software/Algoritmo

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Cálculo das variações
  • Álgebra matricial
  • O advento dos computadores digitais
  • Teoria da elasticidade e mecânica contínua
  • Método de Rayleigh-Ritz para aproximar soluções

Aplicações

  • software de análise estrutural (ex: ansys, abaqus, nastran)
  • simulações de colisões automotivas
  • projeto de componentes aeroespaciais e análise de tensões
  • análise térmica de componentes eletrônicos
  • simulação biomecânica de implantes e tecidos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: método dos elementos finitos, MEF, análise numérica, simulação, análise estrutural, equações diferenciais parciais, malha, mecânica computacional.

Contexto histórico

Método dos Elementos Finitos

1930
1936
1940
1943
1950
1950
1953
1930
1931
1939
1940
1950
1950
1952
1956

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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