ANÁLISE ESTRUTURAL DE UM PÓRTICO

TÍTULO: ANÁLISE ESTRUTURAL DE UM PÓRTICO

Thuane Cristina Ziliotto / [e-mail]

Professor: Fábio Goedel

1. OBJETIVOS

Este trabalho tem por objetivo realizar uma análise estática através do Método de Elementos Finitos (MEF) em uma estrutura completa e em um ponto específico. A estrutura a ser analisada foi escolhida pelo professor devido à sua não complexidade, mas, possibilitando aos alunos aplicar todo o conhecimento adquirido na disciplina durante o semestre. A Figura 1. representa a estrutura proposta, a qual é composta de tubos quadrados aos quais foram atribuídos valores diferentes de espessura e tensão de escoamento, diferenciando assim a análise de cada aluno. Nessa estrutura, foram aplicadas algumas restrições e deslocamentos em lugares pré-determinados juntamente com os contatos entre as partes para dar ao programa informações suficientes para que a análise ocorra perfeitamente.

O software utilizado para as análises foi o ANSYS V13.0.

Para a fins de comparação, foram solicitadas três análises diferentes da estrutura, Linear, Não-linear geométrica (NLG) e Não-linear geométrica e física (NLGF).

[pic 1]

Figura 1.1 - Estrutura a ser analisada

Para fins de melhores esclarecimentos, a Tabela 1.1 mostra as características que cada análise terá em relação às suas não-linearidades.

Tabela 1.1 - Característica das análises

Análises	Não-linearidade Geométrica	Não-Linearidade Material
1 – Linear	Não	Não
2 – NLG	Sim	Não
3 – NLGF	Sim	Sim

As análises estão divididas em dois estudos:

Estudo 1:

1. Adotando o módulo tangente de elasticidade em 10% do E, apresentar uma tabela com as diferenças percentuais;
2. Variar o deslocamento de 10 a 50 mm e comparar a força de reação gerada em cada análise;
3. Diferença visual entre a análise linear e não-linear geométrica;
4. Avaliar os tempos de solução para cada análise.

Estudo 2:

1. Variar o módulo tangente de elasticidade entre 5% a 10% e determinar as tensões e deslocamentos no ponto de análise mostrado na Figura 1.2.

[pic 2]

Figura 1.2 - Ponto de análise

1. CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS E MATERIAIS

Como cada aluno deveria fazer um estudo diferente, algumas características estruturais e materiais foram delimitadas, tais como, para a estrutura, as espessuras das paredes dos tubos deveriam estar entre 1,5 e 6,0 mm e o valor de Tensão de Escoamento deveria ser qualquer valor diferente do padrão adotado pelo software. Sendo assim, para minha análise foram adotadas as seguintes características:

• Espessura das colunas e viga: 4,0 mm;
• Espessura das mãos-francesas: 2,0 mm.

Para as ligações entre os corpos a opção selecionada foi:

• Bonded (unidos).

Os materiais utilizados nas análises foram:

• Structural Steel;
• Structural Steel NL (não-linear).

Propriedades dos materiais:

• Módulo de elasticidade E = 200 GPa;
• Tensão de escoamento Sy = 230 MPa;
• Módulo tangente de elasticidade Et adotado foi 10% do módulo de elasticidade, portanto: 0,1*E = 20 Gpa.

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1. CONDIÇÕES DE CONTORNO E HIPÓTESES

Para poder ser feita a análise, algumas considerações foram feitas. A estrutura foi restringida na base das duas colunas, representados na Figura 3.1 por A e B como “fixed support”, ou seja, cada coluna teve suas quatro arestas inferiores fixadas à um solo imaginário e não poderiam se mover durante a análise. Também um deslocamento foi atribuído na parte superior da coluna esquerda, representada por C, “displacement”, com valor de 50 mm no sentido positivo do eixo X.

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Figura 3.1 - Condições de contorno

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1. MALHA DE ELEMENTOS FINITOS

Para que todas as análises remetessem uma mesma “realidade” de elementos finitos, a geração da malha foi feita a partir de dados pré-definidos, que são:

• Tamanho do elemento: 8 mm;
• Elementos finitos de segunda ordem (Kept) modelados pelo programa, sem refinamento de malha e sem escolha de forma do elemento.

[pic 4]

Figura 4.1 - Formato de malha gerado pelo computador

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1. RESULTADOS DAS ANÁLISES

As Figuras 5.1, 5.2 e 5.3 demonstram como a estrutura na sua totalidade reage em relação ao deslocamento previsto de 50mm. Para fins comparativos, na tabela de cores à esquerda foi adicionado o valor da Tensão de Escoamento para verificar os pontos que há deformação da estrutura. Todo valor acima de 230 MPa é representado nas figuras com a cor Vermelha.

[pic 5]

Figura 5.1 – Tensões no pórtico todo em análise Linear

[pic 6]

Figura 5.2 - Tensões no pórtico todo em análise Não-linear Geométrica

[pic 7]

Figura 5.3 - Tensões no pórtico todo em análise Não-linear Geométrica e Física

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1. RESULTADOS DOS ESTUDOS

Estudo 1 – A:

Tabela 6.1 - Resultados do estudo 1 -A

A)	Tensão (MPa)	Deformação (mm)	%
Linear	7610,9	0,038055	100%
NLG	6804,8	0,034024	89%
NLGF	1146,6	0,0057331	15%

Como o limite de escoamento escolhido para esse estudo foi de 230 MPa, em todas as análises percebe-se a presença de porções da estrutura que ficaram plastificadas. Portanto, conclui-se que: