Simulação numérica não-linear do comportamento pós flambagem de placas finas de aço sob compressão uniaxial em estruturas navais e offshore

Abstract

Placas são elementos estruturais de superfície plana amplamente empregados em engenharia, cuja espessura é pequena quando comparada com as demais dimensões. Estas estruturas laminares podem ser delimitadas por enrijecedores, formando parte integrante de estruturas de navios, plataformas de petróleo offshore, comportas e docas flutuantes. É muito comum encontrar perfurações nessas placas para inspeção e manutenção, e o tamanho desses furos tem significativa importância no desempenho da estrutura. Uma análise não-linear da flambagem com base no método dos elementos finitos, considerando-se as imperfeições geométricas iniciais e as não-linearidades do material, foi realizada para um grupo de 150 placas com características usuais no polo naval de Rio Grande, onde a largura é mantida constante e o comprimento é variado, assim como a espessura e o diâmetro do furo circular centralizado. A modelagem computacional foi realizada no software ANSYS, baseada no Método dos Elementos Finitos, onde foi possível obter a carga última para cada modelo e analisar a influência do tamanho do furo, da esbeltez e do comprimento variável na capacidade de carga das placas. Ficou evidente que a força máxima é significativamente reduzida pelo furo. Nota-se também que quanto mais espessa a placa maior sua resistência, e que a capacidade de carga é raramente afetada com a variação de seu comprimento. Foi possível também realizar uma análise onde, para um dado diâmetro de furo exigido, qual comprimento e espessura de placa fornece uma estrutura economicamente mais viável, onde o consumo de aço seja menor e a resistência máxima atingida.

Plates are flat surface structural elements widely used in engineering, whose thickness is small compared to other dimensions. These laminar structures can be bounded by stiffeners, forming part of structures of ships, offshore oil platforms gates and floating docks. It is very common to find holes in these plates for inspection and maintenance, and the size of these holes has great importance on the structure performance. A non-linear buckling analysis, based on the finite element method, considering the initial geometric imperfections and material non-linearity was performed for a group of 150 plates with usual features in naval polo from Rio Grande, where the width was kept constant and its length was varied, as well the thickness and the diameter of the central circular hole. The computer modeling was performed using ANSYS software, based on the Finite Element Method. It was possible to get the ultimate strength for each plate model and analyze the influence of the hole size, slenderness and of the variable length on the load carrying capacity of the plates. It was evident that the maximum strength is significantly reduced by the hole. It is noted also that the thicker the plate, the greater its resistance, the load capacity is rarely affected with variation of the your length. It was also possible to do an analysis where, for a given required hole diameter, which length and thickness of plate provides an economically viable structure, where the consumption of steel is less and the maximum strength achieved.