Análise numérica e experimental de flambagem em cilindros de paredes finas

• Autor(a) principal: Campos, Eduardo Felipe de
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/152471
• topic: Instabilidade; Flambagem; Elementos Finitos; Instability; Buckling; Finite element method

Estruturas de paredes finas são muito utilizadas na engenharia moderna devido sua boa relação entre peso e resistência. Sua aplicação vai desde obras civis, como cúpulas em edifícios e pontes, até estruturas aeronáuticas e equipamentos industriais. Uma geometria que é muito comum de ser encontrada nas estruturas de paredes finas são os cilindros, como pode ser observado no corpo dos aviões, tubulações e vasos de pressão. Submetidas a esforços compressivos, essas estruturas ficam suscetíveis ao fenômeno de instabilidade ou flambagem, podendo entrar em colapso repentinamente, mesmo antes de apresentar altas tensões. Assim, compreender o comportamento da instabilidade se torna crucial em um projeto de estruturas de paredes finas. Um dos fatores que influenciam no comportamento da instabilidade é a imperfeição geométrica da estrutura, e qualquer processo de fabricação possui erros associados ao processo. Para iniciar o estudo foi necessário medir os defeitos devido ao processo de fabricação do cilindro. Duas alternativas para realizar as medidas foram propostas, a primeira utilizando LVDTs, que medem a variação do raio do cilindro ao longo de toda sua extensão, e a segunda o fotoprocessamento. Ambos os métodos nos deram uma nuvem de pontos que foram processadas para obter a estrutura 3D CAD, possibilitando sua análise pelo método de elementos finitos e obtenção das respectivas cargas de flambagem numéricas. Além do método numérico foi realizado um ensaio experimental visando validar a análise numérica. O cilindro foi fechado com duas tampas e montado em uma bancada experimental, instrumentado com LVDTs, manômetro e por fim, uma bomba de vácuo foi ligada a uma das tampas. A bomba criou vácuo dentro do cilindro até o mesmo sofrer colapso. As cargas de flambagem numéricas foram superiores a encontrada experimentalmente em 14,48% a geometria foto, 11,72% da geometria LVDT e 39,98% a do cilindro referência. Os resultados mostram que as imperfeições geométricas são de grande relevância na resistência a instabilidade de uma estrutura, e também que grandes imperfeições geométricas tendem a ser o local onde ocorrem as ondas de flambagem. Em relação ao método de medição por fotoprocessamento os resultados mostram que é interessante estudar a técnica para aplicações na área de instabilidade.