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Diferenças entre simulações FEM e DEM

Neste post iremos mergulhar no universo das simulações. Compreender a diferença entre as simulações FEM (Finite Element Method/Método dos Elementos Finitos) e DEM (Discrete Element Method/Método dos Elementos Discretos) é essencial para escolhermos  qual delas devemos recorrer para realização de nossos projetos. Ao longo deste texto, abordaremos os principais conceitos  que fazem essa definição.

Começando pelo método FEM, a essência deste é aproximar a solução de um problema contínuo por meio da subdivisão em elementos finitos, onde são aplicadas condições de contorno, propriedades dos materiais e carregamentos. Isso permite a formulação de um sistema de equações algébricas, que, quando resolvido numericamente, fornece uma solução aproximada para o problema original. O FEM divide um problema complexo em partes menores chamadas de elementos finitos, que são unidades geométricas mais simples, como triângulos ou quadrados em 2D, e tetraedros ou hexaedros em 3D. Cada elemento finito é caracterizado por suas propriedades físicas e comportamentais.

 

 

Agora, se tratando de DEM, cada partícula individual é considerada como um objeto com características próprias, como massa, forma, tamanho, interações e propriedades mecânicas. O comportamento do sistema é então modelado considerando as interações entre essas partículas individuais, levando em conta forças como a gravidade, atrito, colisões e repulsões. O DEM é usado para simular o movimento, interação e comportamento coletivo de muitas partículas em resposta a forças e condições iniciais específicas. Isso é especialmente útil em contextos em que o comportamento macroscópico é uma consequência direta do comportamento microscópico das partículas individuais.

 

 

Portanto, o FEM é usado para modelar comportamentos contínuos em geometrias contínuas, enquanto o DEM é usado para modelar sistemas compostos por partículas distintas, tratando cada uma delas como uma entidade discreta. As aplicações e abordagens específicas de cada método são adequadas para contextos diferentes, como mostrado abaixo.

 

ALGUMAS ÁREAS DE APLICAÇÃO PARA FEM:

• Indústria automotiva para análise de estruturas de veículos, como carrocerias, chassis, suspensões e sistemas de frenagem;
• Indústria de manufatura para simulação de processos de fabricação, como moldagem, estampagem, usinagem e soldagem, para otimizar parâmetros e evitar defeitos;
• Indústria de construção civil para análise de estruturas de edifício, pontes, túneis e outras infraestruturas, além de simulações de interação solo-estrutura para fundações e estabilidade de taludes.

ALGUMAS ÁREAS DE APLICAÇÃO PARA DEM:

• Indústria de mineração para análise do comportamento de rochas, minérios e outros minérios e outros materiais granulares em operação de mineração;
• Indústria de manuseio de materiais a granel para análise do transporte e manuseio de grãos, minérios e materiais granulares em sistemas de transporte por correia, elevadores e silos, além de corroborar estudos da segregação de partículas em sistemas de manuseio de materiais granulares;
• Indústria de construção civil, para análise do comportamento de materiais granulares em processos de compactação do solo, e simulação da interação de partículas em materiais de construção, como concreto e asfalto.