Influência da rigidez da ligação no dimensionamento de barras e ligações

Este artigo explica a influência do modelo selecionado na área de apoio nas forças internas e deformações.

Descrição dos modelos A - E

O modelo A representa o caso padrão da utilização de um modelo de barra pura. A viga é rígida em ambos os lados, todos os seis graus de liberdade estão bloqueados. O modelo não tem nenhuma não-linearidade. O modelo de barra é apoiado por apoios nodais do tipo "Rígido".

Modelo A.

No modelo B, a barra tem uma placa de extremidade rígida em ambos os lados, a qual é apoiada linearmente. Rígido significa que as deformações da placa não são consideradas. O apoio é modelado como um apoio de superfície puro.

Modelo B.

No modelo C, a barra tem uma placa de extremidade rígida em ambos os lados, a qual não é apoiada linearmente. Apenas as tensões de compressão são absorvidas no apoio de superfície. As forças de corte e de tração são absorvidas por apoios nodais definidos não linearmente.

Modelo C.

No modelo D, a barra tem uma placa de extremidade finita e espessa (t = 100 mm) em ambos os lados, a qual é apoiada de forma não linear. Apenas as tensões de compressão são absorvidas no apoio de superfície. As forças de corte e de tração são absorvidas por apoios nodais definidos não linearmente.

Modelo D.

No modelo E, a barra tem uma placa de extremidade finita e espessa (t = 40 mm) em ambos os lados, a qual é apoiada de forma não linear. Apenas as tensões de compressão são absorvidas no apoio de superfície. As forças de corte e de tração são absorvidas por apoios nodais definidos não linearmente.

Modelo E.

Nota para a modelação de "cavilhas": No nosso exemplo, o modelo C, o modelo D e o modelo E incluem uma mola de translação não linear para transferir as forças de tração.

Avaliação e comparação de resultados

O modelo de barra simples (Modelo A) com restrição rígida apresenta, como esperado, os maiores momentos de restrição e, portanto, o momento mais baixo do vão. No que diz respeito ao dimensionamento da placa de extremidade e do fixador, este é o resultado mais conservador. No entanto, o momento no vão é subvalorizado.

O modelo B mostra quase os mesmos resultados que o modelo A. A superfície rígida com o apoio linear não permite outros resultados. Tal modelação não é razoável na prática.

No modelo C, a não-linearidade mostra um claro aumento do momento no vão em 27%, em comparação com o modelo de barra simples. O momento de restrição diminui em conformidade.

Quanto mais realistas são as condições de apoio, mais aumenta o momento no vão. Assim, o momento no vão é cerca de 34% superior no modelo D do que no modelo de barras simples.

A influência das condições de apoio é mais significativa quando se utiliza a espessura real da chapa de aço. Neste caso, o momento no espaço é aumentado em 56%, como pode ver no Modelo E.

Força interna My

As deformações também são condições de fronteira importantes. As figuras mostram claramente que influência os respetivos modelos têm na deformação da viga. Nos modelos A e B, a localização da restrição permanece completamente deformada. Aqui, as deformações de vão são pequenas. Em contrapartida, ocorrem deformações significativas da placa no modelo E com uma espessura real da placa de aço de 40 mm devido à alta carga. Neste caso, a influência da rigidez real da placa na deformação da viga é particularmente clara.

Deve ser observado que a não-linearidade do material (plasticidade) não é considerada neste exemplo simplificado. Claro que podem ocorrer maiores deformações após atingir a tensão de cedência nas chapas de extremidade.

Urdidura

Resumo

Dependendo das tarefas e dos objetivos, pode ser razoável modelar as condições de apoio próximas da realidade utilizando o método dos elementos finitos. Isto pode ser realizado de forma rápida e eficiente no RFEM, o que providencia várias ferramentas úteis e permite uma entrada intuitiva. Assim, pode avaliar o comportamento estrutural dos componentes sob a influência de apoios de uma forma melhor.

Além do mais, este dimensionamento detalhado da ligação permite uma avaliação precisa da aplicação da carga a outros componentes estruturais. Portanto, um engenheiro pode oferecer soluções eficientes e viáveis e ainda assim cumprir um elevado padrão de segurança.

A modelação FEM das condições de apoio também pode ser útil ao recalcular os componentes ou fixadores existentes; por exemplo, devido à sua conversão. Quanto mais se desloca dentro dos limites, mais sensato é o esforço de uma modelação realista.