Autor: João Paulo Silva Lima (Currículo Lattes)
Resumo
A crescente participação da indústria naval e offshore no mercado acarretou impactos positivos sobre a economia brasileira. Com isso, a produção naval deparou-se com uma necessidade de criação de estruturas cada vez maiores e mais resistentes. As estruturas navais são constituídas basicamente por painéis ortotrópicos de aço formados pela soldagem de vigas em placas finas. Placas ortotrópicas possuem vigas dispostas longitudinalmente e transversalmente, chamadas de enrijecedores, com o objetivo de aumentar a resistência mecânica. Assim, é desejável obter uma geometria ótima de forma a maximizar sua tensão última de flambagem. Nesse contexto, empregou-se o Método dos Elementos Finitos através do software ANSYS e o Método Design Construtal associado ao método da Busca Exaustiva, em um estudo de otimização geométrica de placas com enrijecedores submetidas à flambagem elasto-plástica. Inicialmente adotou-se uma placa fina simplesmente apoiada sem enrijecedores, usando como referência o valor da tensão última de flambagem da mesma. Após, parte deste volume foi transformado em enrijecedores, os quais foram incorporados à placa. Para isso, a variável fração de volume (), que representa a relação entre o volume de enrijecedores (Ve) e o volume total do elemento estrutural placa/enrijecedores (Vt), foi adotada, mantendo o volume da placa. Foram analisadas ao todo 16 combinações diferentes de enrijecedores do tipo P(Nel,Net), sendo Nel =2,3,4 e 5 o número de enrijecedores longitudinais, e Net = 2,3,4 e 5 o número de enrijecedores transversais da placa. Quatro valores de fração volumétrica foram adotados = 0,1; 0,2; 0,3 e 0,4 em todos os arranjos geométricos. Para cada análise, os painéis enrijecidos apresentaram uma relação hs/ts, relacionando a altura do enrijecedor e sua espessura. O estudo considerando dois valores de volume inicial Vt1 = 0,040 m3 e Vt2 = 0,028 m3. Os resultados obtidos foram comparados entre si e com as placas sem enrijecedores, indicando que a variação da configuração geométrica afeta significativamente o comportamento mecânico dos painéis enrijecidos sob flambagem. Sendo assim, é possível determinar a geometria ótima que conduz a uma carga última maximizada, próxima à tensão de escoamento do material. As placas enrijecidas com volume Vt1 não apresentaram melhorias relevantes com a adição de enrijecedores, onde a geometria ótima do tipo P(2,5) com = 0,3 e relação hs/ts = 4,501, dentre todas as geometrias analisadas apresentou uma melhoria de apenas 7,38% em relação à tensão última da placa de referência após a adição de enrijecedores. Já o estudo feito com placas de volume Vt2 apresentou melhorias significativas no valor da tensão última de flambagem, de forma que a configuração ótima dentre todas as geometrias foi do tipo P(2,2), com = 0,3 e relação (hs/ts) = 14,09, apresentou uma melhoria de 88,50% em relação à tensão última para a placa com mesmo volume inicial de material, porém sem enrijecedores.