Investigação experimental de quatro

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7275 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Estruturas formadas a frio de paredes finas foram, e ainda são, elementos estruturais muito populares utilizados na engenharia mecânica. A tecnologia moderna e o progresso na engenharia de materiais permitem fabricar vários formatos de componentes formados a frio de paredes finas. Portanto, as combinações entre possibilidades tecnológicas, propriedades de materiais, cargas e requisitos de engenharia são amplas e ilimitadas para componentes de paredes finas. O objetivo deste artigo é realizar um estudo experimental de vigas de aço em canal C formadas a frio sob cargas de flexão de quatro pontos com base nos fenômenos de flambagem global e local. Um banco de ensaio foi desenvolvido com um sistema de suporte especialmente projetado para submeter vigas de aço de paredes finas a uma carga de flexão de quatro pontos, onde o apoio e as cargas foram aplicados ao centro de cisalhamento da viga de aço de seção aberta. É mostrado que não é possível eliminar completamente a carga de torque em uma viga de parede fina com seção aberta onde a carga e o apoio são aplicados no centro de cisalhamento porque as vigas investigadas não foram feitas de maneira ideal. Vigas de seção aberta com paredes finas são muito sensíveis às condições de contorno e à precisão geométrica. A força da gravidade também está funcionando. A metodologia de pesquisa apresentada pode ser melhorada e testada com outras vigas de seção aberta e paredes finas.

As vantagens das estruturas formadas a frio de paredes finas sobre as seções metalúrgicas clássicas são tais que as construções com propriedades de durabilidade semelhantes são muito mais leves. Além disso, componentes de paredes finas moldados a frio têm menos limitações considerando o processo de conformação. O desenvolvimento tecnológico do ano passado possibilitou quase qualquer moldagem a frio de detalhes de aço. Os métodos analíticos com hastes e vigas de paredes finas de seção aberta foram originados da teoria de Vlasow (1940), onde suposições de pequenos deslocamentos e propriedades lineares entre tensões e deformações formam a base para dependências matemáticas formuladas. A teoria de vigas de seção aberta de paredes finas é baseada em pressupostos da teoria de placas e cascas longas, onde a rigidez estrutural e a estabilidade global e local têm um papel fundamental durante o projeto. A introdução à estabilidade teórica de barras, cascas, placas e outras estruturas é descrita por Timoshenko e Gere1. Hoje em dia, existem muitos trabalhos de investigação, onde a resistência e a estabilidade de estruturas de paredes finas são de interesse para engenheiros e cientistas.

A estabilidade de vigas de paredes finas com seção aberta foi estudada por Magnucki et al. e Magnucka-Blandzi e Zając2. Magnucki et al.3 em sua monografia descreveram problemas de estabilidade em problemas de mecânica aplicada. Eles descreveram a estabilidade de modelos estruturais básicos, como barras, vigas e sistemas conectados de barras estruturais. Eles apresentaram minuciosamente a estabilidade de finas placas retangulares ou circulares e conchas rotativas. Seu trabalho inclui um capítulo sobre a estabilidade de vigas de paredes finas com seções abertas. Os autores aplicaram métodos baseados em energia em estudos analíticos, apresentando um problema prático para questões de tanques de aço. Eles apresentaram exemplos práticos de aplicação do método dos elementos finitos e experimentos modernos de testes de estabilidade. O tema estabilidade de estruturas de paredes finas também foi analisado por Anbarasu4, 5. Ele apresentou resultados do comportamento de flambagem de canais com lábios de paredes finas de aço formado a frio. Métodos de pesquisa experimental e computacional foram desenvolvidos. A interação dos modos de flambagem investigados, como local, distorcional, lateral e torcional, foi submetida a um modelo numérico. A resistência última e o momento fletor adequado foram estimados. Anbarasu5 em sua pesquisa ignorou as tensões residuais e aplicou um modelo de material plástico elástico perfeito sem endurecimento por deformação. A fórmula analítica proposta, onde foram estimadas as interações entre os modos de flambagem, pode ser uma ferramenta de projeto interessante para engenheiros.