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Simulação numérica e dimensionamento de perfil U com duplo enrijecedor de borda formado a frio submetido à compressão
Frederico Artoni Leal Diogo, Wanderson Fernando Maia

Última alteração: 2021-03-18

Resumo


A técnica de fabricar perfis de aço formados a frio com enrijecedores de borda tem sido utilizada em virtude do custo-benefício proporcionado. Entretanto, com o surgimento de seções cada vez mais complexas, torna-se necessário uma avaliação estrutural mais criteriosa, buscando procedimentos mais simples e eficientes de dimensionamento. Este trabalho teve como objetivo contribuir para um maior entendimento sobre o comportamento de perfis “U” com duplo enrijecedor de borda formados a frio quando submetidos à compressão centrada. Foi realizada análise numérica não linear física e geométrica via Método dos Elementos Finitos, utilizando o programa Ansys, focalizando capacidade resistente e modos de instabilidade associados. Comparou-se os resultados obtidos na análise numérica com os resultados normativos, calculados pelo Método da Resistência Direta (MRD) presente na ABNT NBR 14762:2010, e com resultados experimentais disponíveis na literatura. Para aplicação do procedimento normativo, foram realizadas análises no programa CUFSM, que utiliza o Método das Faixas Finitas em sua formulação, para identificar os modos de instabilidade críticos e obter os valores de tensões correspondentes necessários para a aplicação do MRD. Na análise elástica no CUFSM, foram observados os modos de instabilidade: local, distorcional, por flexo-torção e flexão. As seções utilizadas como referência na análise numérica, foram as mesmas analisadas experimentalmente por Yan e Young (2002), sendo consideradas quatro séries de perfis caracterizadas pela variação da espessura e largura das mesas. Foram analisados sete comprimentos de barra para cada uma dessas séries, variando-se de 500 a 3500 mm. Na análise numérica, foram inseridas imperfeições geométricas iniciais, buscando-se avaliar sua influência nos resultados obtidos. Foram adotados três diferentes níveis de imperfeições: ausência de imperfeições, imperfeições com magnitude 1 e imperfeições com magnitude 2, conforme apresentado por Schafer e Peköz (1998). Os perfis foram modelados utilizando-se um elemento de casca (Shell 181). Foram engastados em suas extremidades, sendo permitindo o deslocamento longitudinal apenas na superfície análoga à superfície de deslocamento dos experimentos de Yan e Young (2002). Os resultados da análise numérica sinalizaram a importância da escolha do tipo de imperfeição em cada caso para se compatibilizar os modos de instabilidade dos modelos com os observados nas análises experimental e numérica. Além disso, as imperfeições também influenciaram de forma significativa a capacidade resistente dos perfis. Os modos de instabilidade identificados na análise numérica foram praticamente os mesmos obtidos na análise experimental, com exceção do modo de falha por flexo-torção presente em alguns resultados experimentais, porém não observado na análise numérica. O procedimento adotado para as simulações numéricas se mostrou bastante eficiente, produzindo resultados muito coerentes quando comparados aos experimentais, permitindo dessa forma sua extrapolação. Os resultados obtidos pela ABNT NBR 14762:2010, utilizando o MRD, superestimaram a capacidade resistente de perfis com maior largura de mesa e foram conservadores para os casos de menor largura. Com isso, verifica-se a necessidade de mais análises, explorando todas as variáveis do problema buscando complementar os resultados obtidos, permitindo assim recomendações quanto ao seu dimensionamento.


Palavras-chave


Perfis de aço formados a frio. Enrijecedores de borda. Análise numérica. Método da Resistência Direta.

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