Estudo comparativo entre perfis tubulares e de seção I submetidos a força axial de compressão utilizando o método analítico e análise em elementos finitos

Abstract

RESUMO: Com o intuito de agregar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso de Engenharia Mecânica e gerar integração com a Engenharia Civil, este estudo está fundamentado na disciplina de estruturas de aço e resistência dos materiais. Os conceitos abordados referem-se ao comportamento dos elementos estruturais de aço considerando perfis de seção I e tubulares quando submetidos à força axial de compressão. Os resultados obtidos analiticamente para a determinação da resistência última dos elementos de aço axialmente comprimidos são alcançados de acordo com as prescrições das normas brasileiras ABNT NBR 8800:2008 e ABNT NBR 16239:2013. Além dos resultados analíticos, foram realizadas simulações numéricas em elementos finitos com auxílio do software ANSYS versão 2022 R1 student license, com o intuito de comparar os resultados obtidos analiticamente e avaliar com mais precisão o comportamento dessas estruturas. Com os resultados tanto numéricos quanto analíticos, pode-se constatar que os perfis tubulares são mais resistentes quando submetidos à força axial de compressão, tornando-os mais eficientes no emprego de estruturas de pilares de aço. Foi possível observar também que, para se obter resultados numéricos consistentes e confiáveis, deve-se aplicar os parâmetros e as metodologias corretas, sendo de suma importância a consideração das imperfeições geométricas e das tensões residuais nos modelos estruturais numéricos.

ABSTRACT: In an attempt to assemble some of the knowledge acquired during the Mechanical Engineering course in integration with Civil Engineering, this present work is based on the subject areas of steel structures and strength of materials. The concepts discussed refer to the behavior of steel structures elements considering I-beams and hollow beams profiles when subjected to axial compression force. The results obtained analytically to determine the ultimate strength of axially compressed steel elements are obtained in accordance with the requirements of Brazilian standards ABNT NBR 8800:2008 and ABNT NBR 16239:2013. In addition to the analytical results, a numerical simulation was performed using FEM (Finite Element Method) with the aid of the ANSYS version 2022 R1 student license software, in order to compare the results obtained analytically and more accurately assess the behavior of these structures. With both numerical and analytical results, it may be seen that hollow sections are more resistant when subjected to axial compression force, making them more efficient in use in steel columns structures. It was also possible to observe that in order to obtain consistent and reliable numerical results, the correct parameters and methodologies must be applied, being of paramount importance the consideration of geometric imperfections and residual stresses in numerical structural models.