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".
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.