MODELAGEM COMPUTACIONAL E MÉTODO CONSTRUCTAL DESIGN APLICADOS À ANÁLISE DA FLAMBAGEM TÉRMICA DE COLUNAS DE AÇO PERFURADAS
Roberta da Silva Michaello1; Mauro de Vasconcellos Real1; Elizaldo Domingues dos Santos1; Liércio André Isoldi1; Daniel Helbig2; Luiz Alberto Oliveira Rocha2
1 Universidade Federal do Rio Grande - Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional; 2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0590
Resumo
A flambagem é um fenômeno de instabilidade elástica que pode acontecer em componentes estruturais esbeltos quando submetidos a uma carga axial de compressão, causando uma súbita deflexão lateral que muitas vezes é considerada como o colapso dos mesmos. Se esse carregamento externo aplicado ultrapassar um determinado limite, chamado de carga crítica, ocorrerá a flambagem mecânica na estrutura. Outra possibilidade acontece em elementos estruturais hiperestáticos e submetidos a um aumento de temperatura. Como os movimentos axiais estão impedidos, se o gradiente positivo de temperatura for maior que a variação crítica de temperatura, surgirá uma solicitação axial de compressão superior à carga crítica e ocorrerá a flambagem térmica. Existem soluções analíticas para a determinação da variação crítica de temperatura de colunas, desde que as mesmas não possuam perfurações ao longo de seu comprimento. Se existirem perfurações, não existem soluções analíticas e a determinação da variação crítica de temperatura pode ser feita através de uma abordagem computacional. Então, no presente trabalho, um modelo computacional verificado será adotado para solucionar o problema da flambagem térmica. Para isso foi empregado o software ANSYS, que é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF). Uma solução envolvendo equações algébricas homogêneas, onde a variação crítica de temperatura é determinada pelo autovalor mais baixo e a configuração flambada obtida pelo autovetor associado, foi adotada. Um estudo de caso foi realizado, empregando o método Constructal Design para a determinação da influência na variação crítica de temperatura em uma coluna de aço com perfurações. O tipo e a forma dessas perfurações foram variados, mantendo fixo o volume de material retirado da coluna. Os resultados obtidos mostraram que o método Constructal Design permite a determinação de geometrias otimizadas que conduzem a performances superiores dos componentes estruturais analisados.
Palavras-chave: Flambagem Térmica; Coluna de Aço; Método Constructal Design; Modelagem Computacional