Projeto: Análise Numérica de Integridade Estrutural de uma Prancha. Cliente: ZINQUE IND. COM. LTDA.

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1 Av. Presidente Vargas, o andar sala 1203 Tel: +55 (21) Projeto: Análise Numérica de Integridade Estrutural de uma Prancha Cliente: ZINQUE IND. COM. LTDA. Relatório de Projeto Arquivo: 2011-SNQ-EST-BAR-RT_ SNQ-EST-BAR-RT4 Rev.0 Rio de Janeiro, 23 de março de 2012 Elaborado por: Phelippe de Araujo Pereira, Eng. Revisado por: Mauricio Rangel Pacheco, M.Sc. Descrição: Este relatório final contém uma análise estrutural, realizada para conhecer o comportamento mecânico de uma prancha submetida a um carregamento em seu piso.

2 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 2/12 Sumário 1 Introdução Modelo 3D - Prancha Metodologia do Estudo Numérico - Resultados Considerações Finais... 12

3 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 3/12 1 Introdução Neste relatório são apresentados os resultados do estudo de uma prancha submetida a um carregamento de força em seu piso, simulando a integridade da estrutura, segundo a norma ABNT NBR 10801/1989. Para este estudo são desenvolvidos modelos CAD simplificados para a posterior análise numérica através do método de elementos finitos, utilizando o software ANSYS. A partir dos resultados numéricos foi possível observar o comportamento dos componentes segundo uma análise linear elástica.

4 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 4/12 2 Modelo 3D - Prancha 2.1 Geometria Foi desenvolvida uma geometria da prancha, usando como base o desenho técnico fornecido pela ZINQUE à ESSS. O modelo CAD 3D, desenvolvido pela ESSS, foi utilizado em uma análise estrutural estática linear, onde foi aplicada uma força no piso da prancha, correspondente à carga mínima requerida pela norma ABNT NBR 10801/1989, sobre a estrutura. Toda geometria foi modelada utilizando o software de CAD SpaceClaim Direct Modeler da ANSYS. Figura Desenho técnico 2D da Prancha.

5 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 5/12 Figura Modelo 3D utilizado na simulação. A Figura 2.1 ilustra o desenho 2D técnico fornecido pela ZINQUE à ESSS, onde a partir da interpretação do desenho, pode-se realizar o modelo CAD 3D, representado na Figura Propriedades Mecânicas do Material da Prancha - Alumínio Foi especificado pela ZINQUE, no desenho técnico 2D, que o material a ser utilizado para a prancha é o alumínio naval, porém foi acordado com a ZINQUE que poderia ser utilizado o material Aluminum Alloy padrão da biblioteca do ANSYS Workbench, como ilustrado na Tabela 2.1. Tabela Propriedades Mecânicas do Aluminum Alloy. Material E (GPa) Poisson S yield (MPa) S ultimate (MPa) Aluminum Alloy 71 0,

6 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 6/12 Figura Material da Prancha - Alumínio. 2.3 Malha de Elementos Finitos da Prancha A partir do modelo CAD 3D desenvolvido para a prancha, foi gerada uma malha de elementos finitos utilizando o software ANSYS Mechanical. A malha foi desenvolvida em elementos shell (casca) para representar toda a geometria da prancha. A malha gerada utiliza elementos, predominantemente, quadriláteros (SHELL181), com elementos de primeira ordem. O modelo da prancha apresenta uma malha com elementos e nós. A Figura 2.4 apresenta a malha da prancha com elementos SHELL181, com detalhe para o refinamento realizado em toda a estrutura da prancha.

7 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 7/12 Figura Malha da Prancha - SHELL Condições de Contorno e Carregamento A condição de contorno aplicada ao modelo foi o Fixed Support, utilizado nas extremidades da prancha, com o intuito de representar a restrição do movimento de translação (UX, UY e UZ) e rotação (RX, RY e RZ) da prancha, Figura 2.5. Para o carregamento, foi utilizada a aceleração da gravidade (Standard Earth Gravity), para representar o peso próprio dos componentes, e uma força aplicada no piso da prancha, segundo a especificação da norma ABNT NBR 10801/1989, fornecida pela ZINQUE. A norma ABNT NBR 10801/1989 prevê que cada vão deve resistir a cargas de 735 N. Foram identificados 16 vãos no modelo de estudo, portanto o carregamento aplicado foi extrapolado para 12 kn.

8 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 8/12 Figura Condição de Contorno - Fixed Support. Figura Carregamento - Aceleração da gravidade e força no piso.

9 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 9/12 3 Metodologia do Estudo Numérico - Resultados Neste capítulo serão ilustrados os resultados para o deslocamento da estrutura global e de alguns componentes da prancha, assim como para tensões equivalentes de von-mises, encontrados no modelo. O material utilizado foi o Alumínio, com tensão de escoamento de 280 MPa. O valor da tensão de critério utilizado neste estudo é a própria tensão de escoamento do material da prancha. Foi utilizada a norma ABNT NBR 10801/1989, que prevê que a estrutura da prancha deve resistir a cargas de 735 N localizadas em cada vão. Neste estudo foi considerado uma força de 12 kn atuando no piso da prancha, simulando o efeito da soma dos carregamentos de cada vão. Figura Deslocamento resultante da Prancha (fator de escala de 80 vezes). A Figura 3.1 ilustra o deslocamento resultante de toda a estrutura da prancha, com seu valor máximo de mm encontrado no piso da prancha. A Figura 3.2 mostra o deslocamento total das vigas, vigas da longarina e dos reforçadores (perfil L) que sustentam a estrutura do piso. Nesta figura, também é destacado uma região, com seus valores de deslocamento, onde se pode verificar os deslocamentos máximos.

10 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 10/12 Figura Deslocamento resultante das vigas (fator de escala de 80 vezes). Na Figura 3.3 está ilustrada a distribuição de tensões de von-mises sobre toda a estrutura, onde é destacado uma região onde as tensões atingiram os valores máximos, porém esses valores foram menores do que a tensão de escoamento do alumínio (280 MPa), garantindo o seguro funcionamento da prancha, segundo as especificações de carregamento especificado pela norma ABNT NBR 10801/1989.

11 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 11/12 Figura Tensão de von-mises na prancha (fator de escala de 80 vezes).

12 SNQ-EST-BAR-RT4 Rev. 0 Rev.0 pág.: 12/12 4 Considerações Finais Após realizados os estudos do modelo 3D da prancha, percebe-se que o modelo se comportou de maneira consistente, seguindo as especificações previstas pela norma ABNT NBR 10801/1989, fornecida pela ZINQUE. O material utilizado, Aluminum Alloy, tem tensão de escoamento de 280 MPa e os valores máximos de tensão encontrados na análise estática linear elástica se mostraram abaixo do valor de escoamento, o que mostra uma operação segura da prancha, sob a consideração limite da norma, onde cada vão deve resistir a carga de 735 N. O valor de tensão máxima encontrada ocorre em um único elemento, o qual sofre uma transição no nível de tensões de 9 MPa para 24 MPa, como ilustrado no detalhe da Figura 3.3. Essa variação da tensão em um único elemento caracteriza-se como uma singularidade numérica.