Modelagem computacional e avaliação geométrica aplicadas à flambagem elasto-plástica de placas finas de aço perfuradas submetidas a carregamentos combinados
Autor: Guilherme Ribeiro Baumgardt (Currículo Lattes)
Resumo
Placas finas são elementos estruturais amplamente utilizados na engenharia, especialmente nos setores aeronáutico, automotivo e naval. Em alguns casos, essas estruturas são submetidas a carregamentos combinados de compressão no plano e pressão lateral, o que pode levar à falha estrutural por flambagem. A flambagem elástica, por si só, não resulta em falha, pois a carga pode ser aumentada além do valor crítico até atingir a tensão última da flambagem elasto-plástica. No entanto, a presença de pressão lateral reduz a resistência estrutural, tornando essencial compreender esse efeito. Além disso, dependendo da aplicação, as placas podem conter perfurações, o que altera seu comportamento mecânico. Este trabalho analisa a flambagem elasto-plástica de placas finas retangulares com furos oblongo longitudinal, oblongo transversal, elíptico, retangular, hexagonal longitudinal e hexagonal transversal, todos centrados na placa. As placas são submetidas a um carregamento combinado: compressão biaxial distribuída, de mesma magnitude, associada a uma carga uniformemente distribuída aplicada transversalmente (pressão lateral). Para a análise, foram consideradas três razões de aspecto (): 1, 1/2 e 1/3, onde a e b representam o comprimento e a largura da placa, respectivamente. O estudo investiga a influência do tipo, formato e tamanho do furo no comportamento mecânico das placas, considerando a variação do grau de liberdade e da fração volumétrica da perfuração. Por meio do Método dos Elementos Finitos, utilizando o software ANSYS®, em conjunto com os métodos Design Construtal, Busca Exaustiva e TOPSIS, foram identificadas as geometrias ótimas para melhor desempenho mecânico considerando a análise multiobjetivo. Para placas retangulares ( 1/3 e 1/2), o furo elíptico com fração volumétrica de 0,025 destacou-se ao priorizar a tensão última, enquanto o furo retangular apresentou um melhor equilíbrio entre tensão e deflexão. Já o furo hexagonal longitudinal, com fração volumétrica de 0,20, mostrou-se mais eficiente na minimização das deflexões. Em placas quadradas ( 1), os furos elípticos com frações volumétricas de 0,025 e 0,05 demonstraram o melhor desempenho em todos os critérios avaliados.