Trabalho Ansys

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RAFAEL DA SILVA CHICOLI
RA: B884HG-3
TRABALHO ANALÍTICO - EAC
ANÁLISE DE TENSÃO DE FLEXÃO
SIMULAÇÃO DE TENSÕES PELO SOFTWARE ANSYS
Será feito uma simulação gráfica e matemática com auxílio do software Ansys.
O objetivo desta simulação analítica, é garantir se a carga aplicada em uma direção qualquer (X, Y, Z) sobre uma viga, suportara a carga estimada do projeto.
Para facilitar a simulação, podemos migrar uma viga já definida (desenhada), de outros softwares, por exemplo: SOLIDWORKS, INVENTOR, SOLID EDGE entre outros direcionado à mecânica.
Vamos imaginar, que precisaríamos projetar uma sacada em um sobrado qualquer.
Conforme a ilustração a baixo, podemos ver que em uma das extremidades da viga não está apoiada.
Será aplicada uma carga de 3000 Newton, que é aproximadamente 300 quilogramas.
Iremos fazer um corte na viga para analisarmos o comprimento desejado, ou seja, onde não tem apoio.
Aplicando os métodos de diagrama de corpo livre podemos obter os valores necessário para simulação.
Centroide
Momento de Inércia
Momento fletor
Coeficiente de segurança
A viga a ser analisada, possui propriedades mecânicas conforme a ilustração abaixo com auxilio do software SOLIDWORKS, no qual fornece uma biblioteca de propriedades dos materiais, podemos aplicar em qualquer tipo de produto e perfis.
 
Como referência, buscamos outras tabelas para comparamos se os dados principais estão o mais próximo possível da tabela do SOFTWARE SOLIDWORKS.
Os dados fornecidos nesta tabela são do aço SAE 1020.
Para efeito de cálculos, será adotado a tensão ou limite de escoamento.
Após calcular a tensão máxima admissível, será feito uma simulação de comparação pelo software ANSYS.
 A viga vai suportar a carga aplicada em sua extremidade?
	Lembrando que será utilizado o Aço ASTM A36, pois trata-se de uma análise estrutural, o melhor aço par esta situação é o ASTM A36.
Limite de escoamento ASTM A36 = 250 Mpa
Limite de escoamento SAE 1020 = 210 Mpa
1º
Dimensões do perfil da viga em milimetro [mm].
Vamos fazer algumas aplicações práticas matemáticas, para facilitarmos nossos cálculos.
Precisamos extrair os seguintes dados:
Centroide
Momento de Inércia
Para efeito de cálculos, adotaremos as seguintes equações.
Momento de Inércia é: 
Centroide é: 
Neste caso, vamos manipular a geometria do perfil para facilitar nossos cálculos.
Este caso é totalmente específico para este tipo de perfil (VIGA I), se dividirmos a coluna principal do perfil de 6mm por 2, teremos 3mm, ao transladarmos cada uma das dimensões para as extremidades no sentido horizontais do perfil, iremos formar a seguinte geometria.
	
Este tipo de perfil (caixote) é o mais simples para calcularmos os dados necessários à análise. 
Centroide
Momento de Inércia
Centroide
O centroide como o próprio nome já diz, encontra-se no centro da geometria do perfil, para esta geometria específica. Como precisamos da coordenada em “Y”, ou seja, o centroide para cálculos encontrasse entre a altura do perfil. 100 / 2 = 50mm.
Y = 0,050 metros
Momento de Inércia
Inércia = 
Sabe-se que:
A Inércia de um perfil quadrado ou caixote, é calculado da seguinte forma:
Inércia total do caixote, menos a inércia interna do caixote.
3,5*10-6 m4
O momento de fletor, é calculado com os seguintes métodos e equação.
Aplica-se um corte na viga de interesse ao ponto que deseja-se ser calculado.
F * x + M = 0 
F = Força ou carga
X = Distância
M = Momento Fletor
Adotamos que a rotação em sentido horário é negativa, e sentido anti-horário é positiva referente ao ponto de interesse.
A carga aplicada referente ao ponto de interesse, está com a rotação no sentido horário, então ela é negativa, entre tanto, o momento está com a rotação no sentido anti-horário. 
Logo:
-3000 N * 2m + M = 0
Logo:
M = 6000 ou M = 6 KN
Com estes dados já obtemos a tensão máxima admissível.
Logo: 
 
Coeficiente de Segurança
Cs = 
Cs = 4
Devido os dados encontrados, iremos fazer a simulação.
Lembrando que a viga é um aço ASTM A36, com limite de escoamento e módulo de cisalhamento conforme a tabela abaixo:
Através do SOLIDWORKS, definimos a viga a ser analisada com sua propriedade mecânica inserida:
Salvar a peça em um local de fácil acesso, para podermos migra-lo para Ansys.
Caso tenha mais facilidade com outro software, pode ser aplicado da mesma forma.
Abrir Ansys Workbench.
Iremos utilizar para nossa análise, a ferramenta STATIC ESTRUTURAL, click e arraste para área de trabalho do Ansys.
 
 
Será aplicada as seguintes cargas:
Strain Elastic - Tensão elástica Equivalent ( Van-mises)
Stress - Equivalent ( Van-mises)
Tools – Stress tools = Coeficiente de Segurança
Tensão de elástica 0,00053 MAX 
 
Stress máximo = 105,78 Mpa - Max
 Coeficiente de segurança, Cs = 2,36 
Conclusão:
Podemos até aplicar cargas maiores com auxílio do software ANSYS, podemos similar os esforços, podendo garantir que o projeto está aceitável e com total segurança.
O cálculo aplicado de tensão máxima admissível é de 85,48 Mpa, embora o valor é menor comparado com o software ANSYS, a diferença não ultrapassa o limite de escoamento do material, neste caso podemos considerar aceitável onde o aço utilizado é o mesmo (ASME A-36).
Observe os valores de limite de escoamento para fins de cálculos.
Análise manual 
Tensão de Flexão
85,48 Mpa
 Cs = 2,92 
Simulação analítica pelo Ansys.
Tensão de Flexão
 105,76 MPa
Cs = 2,36 
Como podemos ver as tensões adquiridas possuem resultados relevantes, mas ambas abaixo do limite de escoamento do material evitando que sofra fadiga ou flexão indesejada, a compensação ocorre no coeficiente de segurança, veja que os “Cs” possuem valores relativos as suas tensões, sendo assim “Cs” é proporcional a tensão de escoamento ou flexão.
 	Com os resultados apresentados, os cálculos estão confiáveis e seguros para aplicar no projeto da viga I, lembrando que o coeficiente de segurança tem que ser proporcional ao tipo de análise realizada.