4.2. Veio Cilíndrico de Secção Circular
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- Isaac Duarte Lombardi
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1 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 1 CPÍTULO IV TORÇÃO DE PEÇS LINERES.1. Inrodução. sorção ou rnsmissão de esforços de orção: o Veios ou árvores de rnsmissão o Brrs de orção; ols; Esruurs uulres (veículos de rnspore e eronves... Veio Cilíndrico de Secção Circulr B O Φ C φ φ B d Secções recs do cilindro permnecem circulres e plns, pós deformção, rodndo em orno do respecivo cenro; Um rio qulquer rçdo sore um secção rec permnece recilíneo durne deformção do veio; O ângulo enre dois quisquer rios no plno dum secção rec permnece consne durne deformção do veio; Porno, e em consequênci condições d simeri geoméric e d solicição, cd secção rec do veio rod em orno do respecivo cenro como um disco solumene rígido. O ângulo de roção é proporcionl à disânci, iso é: φ onde é o ângulo de roção por unidde de comprimeno. Joquim Silv omes, FEUP 009
2 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres ess condições, pr um deermindo pono P, n secção à disânci d se, componene do deslocmeno segundo o eio de simeri do cilindro é nul (w0. Quno às componenes u e v (em coorden polres, no plno d secção rec: u 0 O P vr r P(r,, φ v r s componenes do esdo de deformção em coorden cilindrics oêm-se por derivção: rr r v 1 w r r r 0 O esdo de ensão correspondene oém-se por plicção equções d lei de Hooke: d R r d σ rr σ σ 0 r r r (1 ensão pode eprimir-se em função do momeno orsor : r d ( O Joquim Silv omes, FEUP 009
3 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres ou sej, r d I ( onde I r d πr é o momeno de inérci polr d áre d secção rec do veio ( I. Por eliminção de enre (1 e ( oém-se, finlmene: I r NOTS: (i- ensão de core máim ocorre n periferi do veio, pr r R, iso é, R m I πr (ii-o vlor C / I é chmd rigide orsionl do veio e qunidde K I / R πr / é o módulo de orção. Joquim Silv omes, FEUP 009
4 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres.. Veio Circulr Oco Os rgumenos e os resuldos que form oidos pr o veio mciço mnêm-se válidos, com ecepção d epressão pr o momeno de inérci polr d secção, I, que nese cso om form seguine: R 1 R I π ( R R1 πr (1 m O módulo de orção, K, vle, nese cso: K I R πr (1 m (onde m R1/R No cso priculr dum uo de prede fin, de espessur e, (em que e R-R1 << R: R m R R1 ( R R1 ( R R1 ( R R1 onde R m (R 1 R / é o rio médio d secção. e O momeno de inérci polr I é, proimdmene, I πr m e R m Ω R m e onde Ω πr m e é áre d secção rec do uo Pode mém escrever-se: Rm e I R Ω m I Rm Ω R m Joquim Silv omes, FEUP 009
5 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 5.. Veio Prismáico de Secção rirári...1. Teori de Sin-Venn O N usênci de simeri circulr, dei de ser válid condição de que s secções recs se mnêm plns hvendo, nese cso, um deslocmeno il dos ponos de cd secção. Hipóeses de Sin-Venn: o w w(, (w é um função conínu o φ ( é o ângulo de orção por unidde de comprimeno Ness condições, o cmpo dos deslocmenos fic definido pels rês componenes seguines: u v w w(, C C P u P v Joquim Silv omes, FEUP 009
6 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 6 O cmpo deformções oém-se por derivção. E, depois, s ensões: 0 σ σ σ 0 u w w (1 Lei de Hooke ( w ( v w w ( w Equções de Equilírio (usênci de forçs de volume: σ σ σ ( ( s dus primeirs são incondicionlmene sisfeis, ficndo reduidos um únic equção de equilírio: 0 ( Joquim Silv omes, FEUP 009
7 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 7 Joquim Silv omes, FEUP 009 Equções de Compiilidde: ( ( ( ( Quro equções são incondicionlmene sisfeis, resndo pens dus equções de compiilidde : ( ( g f que, por su ve, represenm um únic equção: e C O vlor d C e que figur no º memro d equção nerior pode oer-se direcmene prir de (1: w w ( Coninuidde de w(, Lei de Hooke
8 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 8 O prolem d orção fic enão reduido à resolução dum sisem de dus equções de deriv prciis ns funções e [ equção de equilírio ( e equção de compiilidde (]: 0 lém disso, há que er em considerção usênci de forçs o longo d superfície lerl, o que se rdu pel seguine condição froneir: (5 l m 0 (em C (6 Pr resolver ese sisem de equções, considere-se um função uilir Φ(,, conínu, de l form que: Φ [Φ(, é chmd Função de Sin-Venn] Φ s ensões e ssim oi sisfem incondicionlmene equção de equilírio correspondene à primeir equção em (5. Susiuindo s epressões pr e n segund equção, oém-se: (C d d r n ( l, m Φ Φ Joquim Silv omes, FEUP 009
9 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 9 O prolem de orção consise, ssim, n resolução d equção nerior em Φ(,. s condições froneir er em con n resolução dquel equção deduem-se direcmene prir de (6, iso é: Φ Φ l m 0 (em C Ou sej, endo em con que, Φ d Φ d dφ 0 d m (em C d l e : Es equção rdu que o vlor d função Φ se mném consne o longo d linh de conorno d secção rec do veio. Por ouro ldo, um ve que no cálculo ensões de orção pens inervêm s deriv d função Φ, o vlor consne dess função n periferi do veio pode ser omdo igul ero. Donde condição froneir em ermos de Φ: Φ 0 (em C omeno Torsor em ermos de Φ: Φ ( dd ( Φ dd (C d d r n Φ(, ( l, m ( Φ ( Φ dd Φ dd Volume Iso é: C ( Φ d Φ d Φ dd Φ dd Volume (C Joquim Silv omes, FEUP 009
10 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 10 Joquim Silv omes, FEUP Veio de Secção Elípic Considere-se um secção elípic com os semi-eios mior e menor iguis e, respecivmene. O conorno elípico d secção é definido pel seguine equção: 1 Qulquer função de ensão do ipo Φ 1 m, (onde m é um consne sisf condição froneir (em C 0 Φ. Susiuindo n equção de compiilidde Φ Φ oém-se: m 1 1 Φ m E enão: Φ 1 (1 dd π (em B ; ; m π π π Φ Φ O B
11 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres nlogi de emrn Teori de Prndl emrn elásic fin, sem peso, pln e inicilmene sujei um rcção uniforme, T, no plno (,. Findo memrn o longo dum conorno (C, plique-se um sore-pressão, p, mém uniforme, n direcção perpendiculr à superfície d memrn. Es deform-se, ssumindo form dum superfície curv, que pode ser descri por um função proprid, f(,. Td Td d pdd Donde: c Td Td Td d pdd Td (C d p O d Td Td Equção de Equilírio vericl d emrn: pdd Td( d Td( Td( ( ( d Td( 0 pdd T dd T dd 0 p T
12 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres 1 Equção d emrn: Função de Torção (Sin-Venn: p T p Φ Φ T n Vol.5.. Secção Circulr p T d dr T Equilírio forçs sore memrn: T d dr π r pπr Por inegrção, oém-se: pr pr dr T T C e d dr p r NLOI T r pr C e ( R r T T p r R R pπ R π p Vol ( π rdr R r rdr R 0 T 0 8 T E d nlogi de memrn resul: π Vol R I I Joquim Silv omes, FEUP 009
13 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres Secção Recngulr Fin l Equilírio forçs sore memrn: d T l d p l Por inegrção, oém-se: p p d T T Vol p T C e d d ; NLOI p NLOI T m p C e 8T p T C ; m Secções ers e recângulo equivlene: Concenrção de ensões: m 1.7 / r 1 r 1 Joquim Silv omes, FEUP 009
14 Cpíulo IV Torção de Peçs Lineres Secção Tuulr de Prede Fin C h D B EBRN: TORÇÃO: Declive h NLOI h Vol h ; ensão de orção é inversmene proporcionl à espessur locl d prede Equilírio forçs sore memrn: h 1 p T C d NLOI s C C.5.5. Secção ulicelulr h 1 h h ( C C Espessur Consne Equilírio d célul (i: hi pi T C i (n equções ns lurs h i C L 1 ( h (enção: p/!... ; n Vol ih i 1 i ; n h i 1 i i Joquim Silv omes, FEUP 009
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