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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
metadata.dc.title: Método dos elementos finitos e design construtal aplicados à flambagem biaxial elasto-plástica de placas retangulares com furo oblongo
Autor(es): Sousa, Eysler Queiroz de
Primeiro Orientador: Silveira, Thiago da
Resumo: Elementos de placas são comumente utilizados em estruturas de engenharia nas suas mais diversas vertentes, especialmente na engenharia aeronáutica e naval com destaque para as construções de cascos de navios e estruturas offshore. Por se tratarem de estruturas esbeltas sujeitas a compressão no plano, essas estão sujeitas à flambagem elástica, um fenômeno indesejado de instabilidade estrutural. É sabido que a flambagem elástica não determina a falha das placas, pois estas possuem comportamento atípico. Assim sendo, com o incremento do carregamento externo se obtêm a tensão última da flambagem elasto-plástica. Ademais, frequentemente estas estruturas apresentam inserção de perfurações, seja para possibilitar montagens, atenuar o peso estrutural ou por fins estéticos. Nesse cenário, se torna necessário o estudo da influência dessas perfurações nos elementos de placa. Portanto, neste trabalho, foi analisada a influência de perfurações oblongas longitudinais e centralizadas no comportamento de placas simplesmente apoiadas submetidas a flambagem elasto-plástica por compressão biaxial. Para a geometria da placa foi adotada relação 𝑏/𝑎 = 0,5, em que 𝑏 corresponde a largura e 𝑎 o comprimento. As perfurações oblongas propostas foram variadas com base nas seguintes variações de frações volumétricas: 𝜙 = 0,10; 0,15; 0,20; onde 𝜙 é a razão de volume da placa e o volume da perfuração. Na determinação e análise da carga última de flambagem elasto-plástica, foi adotado o Método de Elementos Finitos (MEF) aplicado ao elemento de casca SHELL281 pelo software comercial ANSYS® em associação aos métodos Design Construtal (DC) e Busca Exaustiva, assim obtiveram-se as geometrias ótimas de melhor comportamento mecânico. A placa de 𝜙 = 0,10 com razão de aspecto 𝑏0/𝑎0 = 0,2300 obteve a melhor Tensão Última Normalizada (NUS) entre todas frações volumétricas. Notou-se maior possiblidade de melhoria, de 29,21%, pela variação de 𝑏0/𝑎0 para as placas de 𝜙 = 0,20. Ademais, foi observado que existe tendência entre as geometrias que conduzem melhor performance a serem alongadas na direção X. Foi constatada a redução da resistência mecânica das placas decorrente da presença das perfurações. Palavras-chaves: Placa fina, flambagem elasto-plástica biaxial, Método dos Elementos Finitos, Design Construtal.
Abstract: Plate elements are commonly used in engineering structures in their most diverse aspects, especially in aeronautical and naval engineering, with emphasis on the construction of ship hulls and offshore structures. As they are slender structural structures with compression in the plane, they are related to elastic buckling, an unwanted phenomenon of structural instability. It is known that an elastic buckling does not cause a failure of the plates, as they have atypical behavior. Therefore, with the increase in external loading, the ultimate tension of the elastoplastic buckling is obtained. In addition, these structures often feature perforations, either to enable assembly, to mitigate structural weight or for aesthetic purposes. In this scenario, it is necessary to study the impact of these perforations on the plate elements. Therefore, in this work, the influence of longitudinal and centralized oblong perforations on the behavior of simply supported plates subjected to elasto-plastic buckling by biaxial compression will be analyzed. For the geometry of the plate, a ratio 𝑏/𝑎 = 0.5 was adopted, where b corresponds to width and length. The proposed oblong perforations were varied based on the following trends in volumetric fractions: ϕ = 0.10; 0.15; 0.20; where ϕ is the ratio of the volume of the plate and the volume of the perforation. In determining and analyzing the ultimate load of elasto-plastic buckling, the Finite Element Method (FEM) was adopted, designed to the shell element SHELL281 by the commercial software ANSYS® in association with the Design Construtal (DC) and Exhaustive Search methods, thus obtaining optimum geometries with better mechanical behavior. The plate of ϕ = 0.10 with aspect ratio 𝑏0/𝑎0= 0.2300 obtained the best Normalized Ultimate Stress (NUS) among all volumetric fractions. There was a greater possibility of improvement, of 29.21%, due to the variation of 𝑏0/𝑎0for the plates of ϕ = 0.20. In addition, it was observed that there is a trend between the geometries that lead to better performance to be stretched in the X direction. It was found a reduction in the mechanical resistance of the plates due to the presence of perforations. Keywords: Thin plates, biaxial elastoplastic buckling, Finite Element Method, Constructal Design.
metadata.dc.subject: Engenharia mecânica
Método dos elementos finitos
Flambagem (Mecânica)
Mechanical engineering
Finite element method
Buckling (Mechanics)
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: SOUSA, Eysler Queiroz de. Método dos elementos finitos e design construtal aplicados à flambagem biaxial elasto-plástica de placas retangulares com furo oblongo. Orientador: Thiago da Silveira. 2021. 54p. 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/8063
metadata.dc.date.issued: 13-May-2021
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