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Document Type: Dissertação
Title: Modelo de dano concentrado aplicado à flambagem local em perfis vazados de aço estrutural submetidos à flexão composta
Authors: Silva, Leonardo Andrade Bispo
Issue Date: 31-Jan-2020
Advisor: Amorim, David Leonardo Nascimento de Figueiredo
Co-advisor: Argôlo, Higor Sérgio Dantas de
Resumo : A procura em reduzir custos na engenharia faz com que sejam desenvolvidos novos materiais e concepções de projeto que buscam estruturas mais leves e arrojadas. Desta forma, os grandes avanços nos processos de fabricação levam a utilização mais frequente de perfis metálicos com espessuras reduzidas e elevada tensão de escoamento. Consequentemente, ao utilizar peças estruturais com seções transversais compostas por placas esbeltas, o fenômeno de instabilidade local fica mais evidente e é usualmente tratado como uma forma de colapso. Como o tratamento matemático convencional do comportamento da estrutura quanto a flambagem local exige soluções trabalhosas e refinadas, costuma-se empregar o método dos elementos finitos em sua formulação clássica utilizando malhas com vários elementos de casca ou tridimensionais, o que acarreta no aumento do custo computacional. Por outro lado, uma teoria não linear recente, denominada de Mecânica do Dano Concentrado (MDC), foi introduzida para obter resultados mais realistas e eficientes na análise de estruturas mais complexas. Na MDC assume-se que todos os efeitos não lineares de um elemento finito estão concentrados em rótulas plásticas, o que reduz significativamente o custo computacional da análise. Por conta disto, o presente trabalho buscou elaborar modelos numéricos via MDC aplicados à flambagem local em perfis vazados de aço submetidos à flexão composta. Na formulação do modelo, é necessário inserir valores de alguns parâmetros obtidos experimentalmente, como: rotação plástica crítica e a inclinação da reta de evolução do dano. Neste trabalho foram propostos dois modelos numéricos, com equações baseadas em Yamada et al. (1993, 2012) e AISC (2016) para calcular analiticamente esses parâmetros e o momento último. Para avaliar a precisão dos modelos, os resultados numéricos foram comparados com seis experimentos de Kazuya (2017), em que perfis formados a frio de seção quadrada vazada foram submetidos à força de compressão axial e um carregamento de momento fletor monotônico. Ao analisar os resultados, foi possível concluir que os resultados do modelo baseado em Yamada et al. (1993, 2012) mostraram-se satisfatórios, enquanto o modelo baseado na AISC (2016) possuiu momentos últimos conservadores quando comparados aos experimentais.
Abstract: The quest to reduce engineering costs leads to the development of new materials and design concepts that seek lighter and more daring structures. In this way, the great advances in the manufacturing processes lead to the more frequent use of metal profiles with reduced thicknesses and high yield stress. Therefore, the use of structural parts with transverse sections composed of thin plates turn the phenomenon of local instability more evident and it is usually treat as a form of collapse. Since the mathematical modeling of the structure's behavior in relation to local buckling requires laborious and refined solutions, the finite element method is use in its classical formulation using meshes with several elements, resulting in an increase in computational cost. On the other hand, a recent nonlinear theory called Lumped Damage Mechanics (LDM) was introduced to obtain more realistic and efficient results in the analysis of more complex structures. In LDM theory, it is assumed that all the nonlinear effects of a finite element are concentrated on plastic hinges, which significantly reduces the computational cost of the analysis. As a result, the present work seeks to develop numerical models, using LDM, applied to local buckling in hollow section profiles subjected to bending and axial forces. In the model formulation it is necessary to insert values of some experimentally obtained parameters, such as the critical plastic rotation and the slope of the damage evolution line. In this work two numerical models were proposed, with equations based on Yamada et al. (1993, 2012) and AISC (2016), to analytically calculate those parameters and the last moment. To evaluate the accuracy of the models, the numerical results were compared with six experiments by Kazuya (2017), in which rectangular hollow section columns were submitted to axial compression force and a monotonic bending moment loading. Analyzing the results it is possible to conclude that the results of the model based on Yamada et al. (1993, 2012) were satisfactory, while the model based on AISC (2016) had conservative last moments when compared to the experimental ones.
Keywords: Engenharia civil
Mecânica
Flambagem
Aço estrutural
Local buckling
Mechanics
Bending and axial forces
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe
Program Affiliation: Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citation: SILVA, Leonardo Andrade Bispo. Modelo de dano concentrado aplicado à flambagem local em perfis vazados de aço estrutural submetidos à flexão composta. 2020. 106 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2020.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/14313
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Civil

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