Simulação numérica e constructal design aplicados á análise do comportamento de colunas perfuradas submetidas á flambagem térmica

Abstract

No presente trabalho, um modelo computacional verificado foi adotado para solucionar o problema da flambagem térmica. Para isso foi empregado o software ANSYS, que é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF). Um estudo de caso foi realizado, empregando o método Constructal Design para a determinação da influência, causada por perfurações, na variação crítica de temperatura de uma coluna de aço. O tipo e a forma dessas perfurações foram variados, mantendo fixo o volume de material retirado da coluna (chamado de fração de volume). A variação crítica de temperatura foi então determinada para cada caso. Além disso, para determinar se ocorre escoamento do material antes da ocorrência da flambagem térmica, uma análise numérica da tensão de von Mises foi feita para cada caso. Os resultados obtidos, considerando apenas aqueles onde a flambagem térmica ocorre, mostraram que o método Constructal Design permite a determinação de geometrias otimizadas que conduzem a performances superiores dos componentes estruturais analisados.

In this study, a verified computational model was adopted to solve the problem of thermal buckling. For this we used the ANSYS software, which is based on the Finite Element Method (FEM). A case study was performed, using the Constructal Design method for determining the influence caused by perforations in the critical temperature variation of a steel column. The type and shape of these perforations were varied, keeping fixed the volume of material removed from the column (referred volume fraction). Then the critical temperature variation was determined for each case. In addition, to determine if the material yielding occurs prior to the occurrence of thermal buckling, a numerical analysis of von Mises stress was carried out in each case. The obtained results, considering only those where thermal buckling occurs, showed that Constructal Design method allows the determination of optimized geometries that lead to superior performances of structural components analyzed.