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Profª Lucia Helena G. Cardoso Profª Lucia Helena G. Cardoso P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) PTV Aplicado à Corpos Deformáveis “Para uma estrutura deformável em equilíbrio, a soma dos trabalhos virtuais externos é igual ao trabalho virtual interno, realizado pelos esforços solicitantes internos na deformação dos elementos da estrutura.” 𝝎′𝒗 = 𝑼 Trabalho virtual externo Trabalho virtual interno P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) Princípio dos esforços virtuais O trabalho interno é calculado como: U = ഥ𝑵.𝒅𝒖 + ഥ𝑴.𝒅𝜽 + ഥ𝑸.𝒅𝒉 + ഥ𝑻. 𝒅Ф Esforço Normal virtual Esforço Fletor virtual Esforço Cisalhante virtual Esforço Torsor virtual P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) U = ഥ𝑵. 𝒅𝒖 + ഥ𝑴.𝒅𝜽 + ഥ𝑸. 𝒅𝒉 + ഥ𝑻. 𝒅Ф Deslocamento no eixo da barra Deslocamento relativo entre as ST na direção ⊥ ao eixo da barra Rotação relativa entre as ST no plano da barra Rotação relativa entre as ST em torno do eixo da barra P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) As cargas externas produzem tensões, representadas pelos esforços solicitantes reais N, M, Q, T e deformações reais du, dθ, dh e dФ, relacionadas entre si por: 𝑑∅ = 𝑇 𝐺𝐽 𝑑𝑥 𝑑𝑢 = 𝑁 𝐸𝐴 𝑑𝑥 𝑑𝜃 = 𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 𝑑ℎ = 𝑓𝑠 𝑄 𝐺𝐴 𝑑𝑥 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) Onde: E → Módulo de elasticidade longitudinal G → Módulo de elasticidade transversal A → Área da seção transversal (ST) I → Momento de inércia da ST J → Momento polar de inércia fs → Fator de forma para cisalhamento 𝑑∅ = 𝑇 𝐺𝐽 𝑑𝑥𝑑𝑢 = 𝑁 𝐸𝐴 𝑑𝑥 𝑑𝜃 = 𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 𝑑ℎ = 𝑓𝑠 𝑄 𝐺𝐴 𝑑𝑥 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis fs tem como objetivo adequar a variação da tensão de cisalhamento ao longo da ST. Para ST usual, temos os seguintes valores: Retangular → fs = 1,2; Circular cheia → fs = 1,11; Circular vazada com parede fina → fs = 2 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) As grandezas presentes nos denominadores, recebem as seguintes nomenclaturas: EA → Módulo de rigidez à deformação axial EI → Módulo de rigidez à flexão GA → Módulo de rigidez ao cisalhamento GJ → Módulo de rigidez à torção 𝑑∅ = 𝑇 𝐺𝐽 𝑑𝑥𝑑𝑢 = 𝑁 𝐸𝐴 𝑑𝑥 𝑑𝜃 = 𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 𝑑ℎ = 𝑓𝑠 𝑄 𝐺𝐴 𝑑𝑥 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) Sabendo que: 𝑑∅ = 𝑇 𝐺𝐽 𝑑𝑥 𝑑𝑢 = 𝑁 𝐸𝐴 𝑑𝑥 𝑑𝜃 = 𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 𝑑ℎ = 𝑓𝑠 𝑄 𝐺𝐴 𝑑𝑥 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis 𝝎′𝒗 = 𝑼 𝝎′𝒗 = ഥ𝑷.d U = ഥ𝑵. 𝒅𝒖 + ഥ𝑴.𝒅𝜽 + ഥ𝑸. 𝒅𝒉 + ഥ𝑻. 𝒅Ф logo: ത𝑃.d =U d = 1 ത𝑃 . 𝑈ou mas temos que Substituindo: d= 1 ത𝑃 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) PTV Aplicado à Corpos Deformáveis O MCU é uma particularização do PTV para esforços virtuais, na qual se considera o esforço virtual valendo 1. É conhecido também como Método do Trabalho Virtual, Método da Carga Substituta e Método Maxwell Mohr. d= 1 ത𝑃 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 Método da Carga Unitária - MCU P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) • A carga unitária virtual deve corresponder ao deslocamento procurado; • Para um deslocamento linear, aplica-se uma força unitária na direção e sentido do deslocamento; • Para um deslocamento angular, aplica-se um momento unitário no mesmo sentido da rotação. Método da Carga Unitária - MCU Se d= 1 ത𝑃 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 e ത𝑃 = 1, temos: d= 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so PTV Aplicado à Corpos Deformáveis Ex. 1) Calcule o deslocamento vertical do ponto B da estrutura, desprezando-se o efeito das deformações devidas ao esforço cortante. Dado EI = 2.105 kN.m2 Estruturas Submetidas a Carregamentos Externos PTV Aplicado à Corpos Deformáveis Resolvendo: - Sistema Real P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so - Entre I e II: Direita x 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 25𝑥. 𝑥 2 ∀ 3 > 𝑥 > 0 𝑀 0 = −50.0 − 12,5. 02 = 0I II 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 𝑀 3 = −50.3 − 12,5. 32 𝑀(3) = −262,5 𝑘𝑁.𝑚 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis - Sistema Virtual Aplica-se à estrutura uma força virtual unitária vertical para baixo, correspondente ao deslocamento procurado em B. P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so I II DMF - Entre I e II: Direita ഥ𝑀 𝑥 = −1𝑥 ∀ 3 > 𝑥 > 0 ഥ𝑀 0 = 0 ഥ𝑀 3 = −3 𝑘𝑁.𝑚 x PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Sistema VirtualSistema Real I II I II 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 ഥ𝑀 𝑥 = −𝑥 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so d= 𝑀. ഥ𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 Aplicando PTV: onde e d= 1 𝐸𝐼 0 3 𝑀. ഥ𝑀𝑑𝑥 Substituindo: d= 1 2.105 0 . 3 (−50𝑥 − 12,5𝑥2). −𝑥 𝑑𝑥 d= 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 Esforços normal e torsor inexistentes; esforço cisalhante desprezado, logo: 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 ഥ𝑀 𝑥 = −𝑥 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Resolvendo: d= 5. 10−6. 50. 𝑥 3 3 + 12,5. 𝑥 4 4 0 3 d = 3,52 mm Estrutura Resolvida: d= 1 2.105 0 . 3 (−50𝑥 − 12,5𝑥2). −𝑥 𝑑𝑥 d= 5. 0 .10−6 3 (50𝑥2 + 12,5𝑥3) 𝑑𝑥 d= 5. 10−6. 50. 3 3 3 + 12,5. 3 4 4 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so PTV Aplicado à Corpos Deformáveis Ex. 2) Para a mesma estrutura do exemplo 1, calcule o deslocamento angular do ponto B, desprezando-se o efeito das deformações devidas ao esforço cortante. Dado EI = 2.105 kN.m2 Estruturas Submetidas a Carregamentos Externos PTV Aplicado à Corpos Deformáveis Resolvendo: - Sistema Real P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so - Entre I e II: Direita x ∀ 3 > 𝑥 > 0 I II 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 Como a estrutura e o carregamento são os mesmos do exemplo 1, o sistema real permanece igual PTV Aplicado à Corpos Deformáveis - Sistema Virtual Como o deslocamento procurado é uma rotação em B, a carga virtual aplicada deve corresponder a um momento unitário neste ponto. P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so I II DMF - Entre I e II: Direita ഥ𝑀 𝑥 = −1 ∀ 3 > 𝑥 > 0 PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Sistema VirtualSistema Real I II 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 ഥ𝑀 𝑥 = −1 I II PTV Aplicado à Corpos Deformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so θ= 𝑀. ഥ𝑀 𝐸𝐼 𝑑𝑥 Aplicando PTV: onde e θ= 1 𝐸𝐼 0 3 𝑀. ഥ𝑀𝑑𝑥 Substituindo: θ= 1 2.105 0 . 3 (−50𝑥 − 12,5𝑥2). −1 𝑑𝑥 d= 𝑵.ഥ𝑵 𝑬𝑨 𝒅𝒙 + 𝑴. ഥ𝑴 𝑬𝑰 𝒅𝒙 𝒇𝒔+ 𝑸.ഥ𝑸 𝑮𝑨 𝒅𝒙 + 𝑻.ഥ𝑻 𝑮𝑱 𝒅𝒙 Esforços normal e torsor inexistentes; esforço cisalhante desprezado, logo: 𝑀 𝑥 = −50𝑥 − 12,5𝑥2 ഥ𝑀 𝑥 = −1 PTV Aplicado à CorposDeformáveis P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Resolvendo: θ = 5. 10−6. 50. 𝑥 2 2 + 12,5. 𝑥 3 3 0 3 θ = 1,69.10-3 rad Estrutura Resolvida: θ= 1 2.105 0 . 3 (−50𝑥 − 12,5𝑥2). −1 𝑑𝑥 θ = 5. 0 .10−6 3 (50𝑥 + 12,5𝑥2) 𝑑𝑥 θ = 5. 10−6. 50. 3 2 2 + 12,5. 3 3 3 P ro fª L u cia H e le n a G . C a rd o so Princípio dos Trabalhos Virtuais PTV Corpos Rígidos 𝝎𝒗 = 𝟎 𝝎𝒗 = F. ഥ𝜹 Deslocamento Virtual Corpos Deformáveis 𝝎′𝒗 = 𝑼 𝝎′𝒗 = ഥ𝑷.d Esforço Virtual Profª Lucia Helena G. Cardoso P ro fª L u ci a H e le n a G . C a rd o so FIM
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