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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
metadata.dc.title: Método dos elementos finitos e design construtal aplicados à flambagem elasto-plástica biaxial de placas retangulares com perfuração elíptica
Autor(es): Neufeld, João Pedro Sarasol
Primeiro Orientador: Silveira, Thiago da
Resumo: Estruturas de placas são elementos mecânicos com grande aplicação na engenharia, pois são utilizados nos mais diversos ramos da indústria, como na indústria naval, aeroespacial, setor de óleo e gás, indústria automobilística entre outras. Por serem elementos que possuem espessura muito menor que suas outras dimensões, são denominados elementos esbeltos, dessa forma, quando submetidos a carregamentos axiais, estão sujeitos ao fenômeno de instabilidade estrutural indesejado denominado flambagem. Porém, como se sabe, estruturas de placas apresentam comportamento diferenciado quando submetidas à flambagem, pois estas não sofrem colapso pela flambagem elástica. Ao entrarem em modo de flambagem elástica, esses elementos sofrem uma reorganização em suas tensões, de modo que a placa ainda sofre um incremento de carga até o colapso, esse fenômeno é denominado flambagem elasto-plástica. Ainda pelos mais diversos motivos, essas placas podem conter perfurações, como passagem de tubulações, acesso para manutenção, alívio de peso, entre outros. Nessas situações é necessária uma análise da influência dessas perfurações nesses elementos. Com base nisso, esse trabalho se propõe a analisar a influência de perfurações elípticas em placas finas de aço, submetidas a flambagem biaxial elasto-plástica. A placa adotada possui uma relação b/a = 0,5; entre sua largura b e seu comprimento a. Com relação às perfurações elípticas, serão analisadas placas com as seguintes frações volumétricas φ = 0,10; 0,15; 0,20; em que φ é a relação entre o volume da placa sem perfuração e o volume do furo. Para determinação da carga última de flambagem elasto-plástica, foi utilizado o software comercial ANSYS®, utilizando o elemento de casca SHELL281, em conjunto com o método Design Construtal e a Busca Exaustiva, visando a otimização geométrica da placa. O modelo computacional utilizado foi verificado e validado quanto a sua acurácia e apresentou resultados satisfatórios para os problemas analisados. Os resultados deste trabalho proporcionaram um melhor entendimento sobre o comportamento elasto-plástico das placas sob compressão biaxial. Notou-se que geometrias de perfuração mais alongadas no eixo Y, proporcionaram os melhores resultados e que dentro das configurações analisadas a capacidade de suportar carregamento diminuía com o aumento do grau de liberdade b0/a0. Também foi possível constatar que o aumento do tamanho da perfuração causa redução da capacidade da placa de suportar carga biaxial.
Abstract: Plate structures are mechanical elements with great application in engineering, because they are used in the most diverse branches of the industry, such as in the naval, aerospace, oil and gas sector, automobile industry, among others. Because they are elements that are much smaller in thickness than their other dimensions, they are called slender elemen ts, so when theyoccur with axial loads, they are subject to the phenomenon of unwanted structural instability called buckling. However, as is known, the plate structures are differentiated when subjected to buckling, as they do not collapse by elastic buckling. When entering into elastic buckling mode, the reorganization of stresses occurs in to this element, so that a plate still undergoes an increase in load until collapse, this phenomenon is called elasto-plastic buckling. Even for the most diverse reasons, these plates may contain perforations, such as passage of pipes, access for maintenance, weight reducing, among others. In this situation, an analysis of the influence of these perforations is necessary. Based on this, this work examines the influence of elliptical perforations in thin steel plates, subjected to biaxial elasto-plastic buckling. The adopted plate has a ratio b/a = 0,5, between its width b and its length a. Regarding elliptical perforations, plates with the following volumetric fractions φ = 0.10; 0.15; 0.20; will be analyzed, where φ is the relationship between the volume of the plate without perforation and the volume of the hole. To determine the ultimate elasto-plastic buckling load, the commercial software ANSYS® will be used, with the element SHELL281, associated with the Constructal Design Method and the Exhaustive Search Technique, in search of geometric optimization of the plate. The computational model used was verified and validated for its accuracy and satisfactory results were presented for the problem problems. The results of this work which improved the understanding of the elasto-plastic behavior of the plates under biaxial compression. It was noticed that more elongated perforations geometries in the Y axis, provided the best results and that, in the analyzed plate configurations, the loading capacity decreased with the increase of the degree of freedom b0/a0. It was also possible to verify that the increase in the size of the perforation causes a reduction in the capacity of the biaxial load plate.
metadata.dc.subject: Engenharia mecânica
Flambagem (Mecânica)
Método dos elementos finitos
Placas (Engenharia)
Mechanical engineering
Buckling (Mechanical)
Finite element method
Plates (Engineering)
CNPQ: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher: Universidade Federal do Pampa
Sigla da Instituição: UNIPAMPA
Campus: Campus Alegrete
metadata.dc.identifier.citation: NEUFELD, João Pedro Sarasol. Método dos elementos finitos e design construtal aplicados à flambagem elasto-plástica biaxial de placas retangulares com perfuração elíptica. Orientador: Thiago da Silveira. 2021. 55p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de mecânica) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia de mecânica, Alegrete, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.identifier.uri: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/7606
metadata.dc.date.issued: 5-Oct-2021
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