Registro fonte: Análise numérica e classificação de secções transversais de vigas alveolares

Análise numérica e classificação de secções transversais de vigas alveolares

O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança

Autor principal:	Mocelin, Tiago
Formato:	Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:	Vigas Análise numérica Resistência de materiais Girders Numerical analysis Strength of materials CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28072
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id	riut-1-28072
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spelling	riut-1-280722022-04-19T06:07:31Z Análise numérica e classificação de secções transversais de vigas alveolares Numerical analysis and cellular beams cross section classification Mocelin, Tiago Mesquita, Luís Manuel Ribeiro Rossetto, Diego Rizzotto Balsa, Carlos Mesquita, Luís Manuel Ribeiro Piloto, Paulo Alexandre Gonçalves Vigas Análise numérica Resistência de materiais Girders Numerical analysis Strength of materials CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança With the increased demand for material savings, cellular beams emerge as an important alternative to the regular I profiles. These have regularly spaced openings on the web, reducing the weight of an equivalent I profile. Even more, allowing the use of openings for technical installations. However, it is necessary to be careful due to the cellular beams are susceptible to complex and unique collapse mechanisms. To understand the behavior of the beam profile in a good way, it's necessary to start with the correct cross-section classification. Taking account of the availability of classification methods that underestimate their resistance, a numerical study is presented in order to reclassify this type of sections. A web of the cellular beam is numerically modeled as a plate element with a circular opening in the center and is subject to axial compression stress. This model is developed using the finite element method considering a variation of three parameters: geometric slenderness, the opening diameter, and the plate length. A first model is developed representing a solid plate and is calibrated according to a mathematical approach, offering good correspondence. Keeping constant the plate length, linear simulations are performed to verify the influence of an opening in the critical normalized buckling load for different geometric slenderness, obtaining, as a result, a low influence of slenderness and linear dependence for the opening diameter. The model is updated keeping constant the slenderness ratio and varying now the opening diameter and the plate length. Analitic equations that perform the three parameters relation are obtained through linear adjustment using the Software MATLAB, valid in the proposed interval with a 6% of error comparing with the the numerical results. By the critical elastic load of plates with openings, a transformation of these in normalized slenderness parameters is made in order to compare with the standard limits given by Eurocode 3, proposing a new classification methodology. Four different beam profiles are analyzed, each one representing a different cross-section class in order to compare the current recommended methodology with the new proposal. By the new methodology, as an opening becomes larger, larger is the class number, unlike the Eurocode 3 approach. Finally, the stress distribution on the plates and ultimate post-buckling loads are obtained by non-linear simulations, considering geometric imperfections, with a successfully correspondence for the proposed method. Com o aumento da demanda por economia de material, as vigas alveolares surgem como uma importante alternativa aos perfis I convencionais. Estas possuem aberturas regularmente espaçadas na alma, diminuindo o peso de um perfil equivalente e tornando possível a utilização das aberturas para instalações técnicas. Entretanto, as vigas alveolares são susceptíveis a mecanismos de colapso complexos e únicos. Um bom entendimento do comportamento do perfil começa pela correta classificação de sua secção transversal. Considerando a existência de metodologias de classificação que subestimam a sua resistência, é apresentado um estudo numérico com vista à reclassificação deste tipo de secções. A alma da viga alveolar é modelada numericamente como um elemento de placa com uma abertura circular no centro e carregado por esforço de compressão axial. Este modelo é desenvolvido utilizando o método dos elementos finitos considerando uma variação de três parâmetros: esbelteza geométrica, diâmetro da abertura e comprimento da placa. Um primeiro modelo é desenvolvido representando uma placa sólida e é calibrado de acordo com a formulação matemática, oferecendo boa correspondência. Um primeiro modelo mantém o comprimento da placa constante e igual à sua altura, sendo realizadas simulações lineares para verificação da influência de uma abertura na tensão crítica de encurvadura normalizada para várias esbeltezas geométricas, obtendo como resultado a baixa dependência da esbelteza geométrica e linear do diâmetro da abertura. O modelo é atualizado mantendo a esbelteza geométrica constante e variando diâmetro da abertura e comprimento da placa. São obtidas equações analíticas que relacionam os três parâmetros, através do ajuste linear, utilizando o Software MATLAB, válidas no intervalo proposto com um erro máximo de 6% em relação aos resultados numéricos. Com a tensão crítica de encurvadura de placas com aberturas, é feita a transformação destas para esbeltezas normalizadas e comparadas com os limites para classificações dadas pelo Eurocódigo 3, propondo uma nova metodologia de classificação. São analisados quatro perfis distintos, cada um representando uma classe de secção transversal, para comparação da metodologia preconizada na norma atual e da nova proposta. Pela nova metodologia, quando maior o diâmetro da abertura mais elevada a classe, contramão do proposto pelo Eurocódigo 3. Por fim, a distribuição de tensões nas placas e tensão última resistente destas são obtidas por meio de simulações não lineares considerando imperfeições geométricas mostrando boa correspondência à classificação proposta. 2022-04-18T16:14:17Z 2022-04-18T16:14:17Z 2020-02-27 bachelorThesis MOCELIN, Tiago. Análise numérica e classificação de secções transversais de vigas alveolares. 2020. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Pato Branco, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28072 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Pato Branco Brasil Departamento Acadêmico de Mecânica Engenharia Mecânica UTFPR
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Análise numérica e classificação de secções transversais de vigas alveolares

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