Estudo computacional via ansys de vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas.

Abstract

Problemas onde elementos estruturais estão apoiados ou servem com suporte do solo ou rocha podem ser facilmente encontrados em diversas situações práticas na engenharia, tais como: trilhos de estradas de ferro suportados por dormentes, estacas verticais submetidas a cargas horizontais em seu topo, tubulações enterradas, tubulações em contato com o fundo do mar, pavimentos, vigas baldrames, cascas de proteção em ambientes agressivos (usinas nucleares), e sapatas corridas e isoladas. Essas situações evidenciam o caráter de alguns problemas, que não são apenas estruturais, mas também geotécnicos. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de solução numérica, através do emprego da plataforma computacional ANSYS, para análise dos problemas estruturaisgeotécnicos com restrições de contato impostas por bases elásticas, que representam aqui o solo ou a rocha. O trabalho tem como principais características: i. a utilização do método dos elementos finitos (MEF) na discretização do problema de contato em questão; o emprego do modelo contínuo de Winkler na representação do solo e a sua substituição por um modelo discreto formado por molas; e a possibilidade de análise dos Problemas de Contato Bilateral (PCB) e Unilateral (PCU), onde nessa última abordagem a separação entre os corpos (estruturabase elástica) pode acontecer, isso caracteriza o problema a ser resolvido como não linear, pois não se conhece as regiões de contato após a aplicação do carregamento. É elaborado um roteiro passo-a-passo que permite a utilização do ANSYS para a solução dos PCB e PCU. Exemplos numéricos são apresentados e analisados, onde atenção especial foi dada às vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas, com o intuito de averiguar a eficiência da metodologia de solução proposta. Análises paramétricas foram realizadas no sentido de averiguar a influência da malha de elementos finitos na estratégia numérica proposta; adicionalmente, verificou-se a influência do parâmetro de rigidez da base elástica no comportamento do sistema de suporte e regiões de contato e perda de contato entre os corpos. Destaca-se o emprego de soluções numéricas e analíticas da literatura consagradas na validação dos resultados encontrados nesta dissertação. Por fim, são apresentadas as conclusões e observações referentes às análises realizadas, com a inclusão de sugestões de novas pesquisas visando a continuação deste trabalho.