Deformação de Vigas em flexão

Transcrição

1 Mecânica dos Materiais Deformação de Vigas em fleão Tradução e adaptação: Victor Franco Ref.: Mechanics of Materials, eer, Johnston & DeWolf McGra-Hill. Mechanics of Materials, R. Hibbeler, Pearsons Education.

2 Deformação de uma viga sujeita a forças transversais relação entre o momento flector e a curvatura, para fleão pura, mantém-se válida para o caso de uma viga em fleão sujeita a forças transversais: ρ M ( ) Para a viga encastrada sujeita a uma força concentrada na etremidade, temos: P ρ curvatura varia linearmente com : Na etremidade, No apoio, ρ ρ, ρ, ρ P 9 -

3 Deformação de uma viga sujeita a forças transversais curvatura é zero nos pontos em que o momento flector é zero, i.e., nas etremidades e no ponto E. ρ M ( ) deformação da viga é côncava para cima onde o momento flector é positivo e côncava para baio onde o momento flector é negativo. curvatura máima ocorre onde o valor do momento flector é máimo. equação da deformação da viga equação da linha da elástica é necessária para determinar a deformação máima (flecha máima) e a rotação. 9 -

4 Equação da inha elástica seguinte relação é válida (demonstrável através da nálise Matemática): ρ + d d d d d d M Equação da curvatura: Equação das rotações: Equação da linha elástica: Substituíndo e integrando: d d θ d M d d ( ) M M ( ) d + C ( ) d + C + C 9-4

5 Equação da linha elástica s constantes são determinadas a partir das condições de fronteira. d M ( ) d + C + C Três casos para vigas estaticamente determinadas: Viga simplesmente apoiada, Viga em balanço, Viga encastrada, θ 9-5

6 Determinação da equação da linha elástica a partir da força distribuída Para uma viga sujeita a uma força distribuída, dm d V d dv d ( ) ( ) d M equação para a deformação será M ( ) d d d M d 4 d d 4 ( ) Integrando 4 vezes, obtém-se, ( ) ( ) + d d d d 6 C + C C + C + 4 s constantes são calculadas a partir das condições de fronteira. 9-6

7 Vigas estaticamente indeterminadas Considere-se a viga encastrada em e com um apoio móvel em. Condições de equilibrio estático: F F M viga é estaticamente indeterminada. Temos também a equação da deformada, d M ( ) d + C + C que introduz duas incógnitas adicionais, mas que fornece três equações adicionais a partir das condições de fronteira: : θ : 9-7

8 Eemplo 9. Resolução: Escrever uma epressão para M() e para a equação diferencial da linha elástica. Para a parcela da viga, calcular (a) equação da linha elástica, (b) Deformada máima. Integrar a equação diferencial duas vezes e aplicar as condições de fronteira para obter a equação da deformada. ocalizar o ponto com tangente nula ou ponto da deformada máima. Calcular a deformada máima. 9-8

9 Eemplo 9. Epressão para M() e equação diferencial da linha elástica. - Reacções: R Pa a R P + - Diagrama de corpo livre para secção D, a M P < ( < ) - Equação diferencial da linha elástica, d d M ( ) d d P a 9-9

10 Eemplo 9. Integrar a equação diferencial duas vezes e aplicar as condições de fronteira para obter a equação da deformada: d d a P + C d d P a em em,, a P 6 : : C + C + C 6 a P + C C 6 Pa Substituíndo, d d 6 P P a a Pa Pa d d Pa 6 Pa 6 9 -

11 Eemplo 9. ocalizar o ponto de deformada máima. Pa 6 d d Pa 6 m m. 577 Deformada máima. Pa ma [ ( ) ].577. ma Pa

12 Eemplo 9. Para a viga representada na figura, determinar a reacção em, obter a equação da linha elástica e determinar a rotação em. (Notar que a viga é estaticamente indeterminada de primeiro grau) 9 -

13 9 - Eemplo 9. nálise de momentos numa secção D: R M M R M D 6 R M d d 6 Equação da linha elástica:

14 9-4 Eemplo 9. R M d d 6 Integrando duas vezes: C C R C R d d θ plicar as condições de fronteira: 6 :, em 4 :, em :, em C C R C R C θ Resolver em ordem à reacção em 4 R R

15 Eemplo 9. Substituir C, C, e R na equação da linha elástica: 6 5 ( 5 4 ) + Diferenciar para calculo das rotações: θ d d ( 4 4) em, θ 9-5

16 Deformadas e rotações de vigas bi-apoiadas: 9-6

17 Deformadas e rotações de vigas bi-apoiadas: cont. 9-7

18 Deformadas e rotações de vigas encastradas: 9-8

19 Deformadas e rotações de vigas encastradas: cont. 9-9

20 Método da Sobreposição Principio da Sobreposição: s deformações de vigas sujeitas a combinações de forças, podem ser obtidas como a combinação linear das deformações causadas pelas forças individuais. 9 -

21 Eemplo 9.7 Para a viga sujeita aos carregamentos representados, determine a rotação e a deformada no ponto. Sobrepondo as deformadas provocadas pelos oading I e oading II como ilustrado, temos:. 9 -

22 Eemplo 9.7 oading I 6 ( θ ) ( ) I I 4 8 oading II 48 ( θ ) ( ) C II C II 4 8 No segmento de viga C, o momento flector é zero e a linha elástica é uma recta: ( θ ) ( θ ) II C II 48 ( ) II

23 Eemplo 9.7 Combinando as duas soluções: θ ( θ ) + ( ) θ I II θ 7 48 ( ) + ( ) I II

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30 plicação do método da Sobreposição a vigas estaticamente indeterminadas O método da sobreposição pode ser aplicado para determinar as reacções nos apoios de vigas estaticamente indeterminadas:. Escolher uma das reacções como redundante e eliminar (ou modificar) o apoio correspondente.. Determinar a deformada da viga sem o apoio redundante.. Tratar a força de reacção redundante como uma incógnita que, em conjunto com as outras forças deve originar deformações compatíveis com o apoio original. 9 -

31 Eemplo 9.8 Para a viga e carregamento representado na figura, determinar a reacção em cada apoio e a rotação na etremidade. ibertar a reacção redundante em, e calcular as deformações. plicar a reacção em, de tal forma que esta força vai obrigar uma deformada zero no ponto. 9 -

32 Eemplo 9.8 Deformada em devido à força distribuida: ( ) Deformada em devida à força redundante: ( ) R R R.646 Para compatibilidade com o apoio, R ( ) ( ) + R R Para equilibrio estático, R.7 RC

33 Eemplo 9.8 Rotação na etremidade : ( θ ) ( θ ) θ R ( θ ) + ( ) θ R θ