A modelagem numérica de uma estrutura, ou parte de uma estrutura real, requer muitas vezes a adoção de algumas simplificações, já que dificilmente se consegue reproduzir com total fidelidade uma situação real. Um exemplo clássico dessa simplificação são as condições de apoio, que dificilmente conseguem ser simuladas numericamente de maneira exata ao que ocorre na realidade. Para tentar reproduzir numericamente uma condição de apoio com total fidelidade à realidade, deve-se fazer um estudo da rigidez real da condição de apoio executada na análise experimental. Como alternativa, pode-se fazer uma simplificação e adotar no modelo numérico a condição de apoio que mais se aproxima da realidade, sendo essa uma simplificação plausível e muito adotada nas análises numéricas.
Levando esse fato em consideração, procurou-se desenvolver um modelo numérico da ligação tubular em luva parafusada com algumas simplificações que facilitem a etapa de modelagem numérica, reduzam o tempo de processamento e simplifiquem a resolução do problema. Entretanto, tomou-se o devido cuidado para avaliar se essas simplificações alterariam significativamente o funcionamento da ligação, buscando um modelo numérico ao mesmo tempo simples e de rápido processamento, mas fiel à realidade. A busca por um modelo numérico com essas características é muito importante quando se deseja realizar uma análise paramétrica, onde são feitas muitas análises numéricas com a variação de algumas propriedades dos modelos, como é o caso deste trabalho.
Aproveitando o fato de a ligação tubular em luva parafusada ser simétrica, apresentando dois tubos externos e um tubo interno conectados por parafusos, foi feita a modelagem de metade da ligação, ou seja, apenas um tubo externo e o tubo interno com os respectivos parafusos unindo ambos os tubos. Dessa forma, o modelo numérico fica fiel à análise experimental, onde também foi feita essa simplificação. Também foi tirado proveito da simetria da ligação em relação a um
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plano longitudinal aos tubos, sendo modelados apenas metade dos tubos e parafusos, conforme a Figura 5.1. Assim, o processamento torna-se mais rápido, devido à menor quantidade de elementos.
Figura 5.1 - Modelo numérico
Foi realizado um estudo comparativo entre modelos numéricos da ligação tubular em luva parafusada com e sem a modelagem do perfil T soldado nas extremidades dos tubos, utilizado na análise experimental para fixar os protótipos na prensa. Esse estudo revelou que o comportamento da ligação na região de maior interesse deste estudo, que é a região de conexão entre os tubos e os parafusos, é o mesmo para os modelos com e sem o dispositivo de fixação. Foram obtidos os mesmos modos de falha com os mesmos níveis de carga e deslocamentos, apresentando apenas uma quantidade maior de elementos no modelo numérico com o perfil T. Isso indica que o perfil T não está interferindo no comportamento da ligação, já que está distante da região de conexão. Dessa forma, a sua modelagem não é justificável, optando-se por fazer a modelagem apenas dos tubos e dos parafusos.
Outra simplificação adotada diz respeito à não modelagem das cabeças dos parafusos. Em testes feitos com e sem a cabeça dos parafusos foi observado que o comportamento do modelo numérico foi o mesmo em ambas as situações, já que neste tipo de ligação os parafusos estão submetidos em grande parte ao cisalhamento, com uma parcela de flexão. Essa flexão dos
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parafusos observada nas análises experimentais faz com que a região inferior das cabeças dos parafusos pressionem o tubo externo, enquanto a região superior afaste-se do tubo. Porém, essa pressão não é suficiente para afetar o comportamento, os modos de falha e os deslocamentos da ligação.
Além disso, em alguns modelos testados com a cabeça dos parafusos, notou-se uma grande dificuldade de convergência, devido a necessidade de adicionar novos elementos de contato entre a cabeça dos parafusos e as laterais dos tubos, conforme explicado na seção 5.2. Já em outros modelos, foram identificados alguns problemas nas malhas, como a deformação excessiva de algumas regiões dos parafusos, não traduzindo o comportamento real dos parafusos. Esses problemas encontrados enfatizam a ideia de não modelar as cabeças dos parafusos, já que a presença das mesmas apenas trouxe maiores dificuldades para o processamento numérico de alguns modelos, enquanto que nos modelos que não apresentaram essas dificuldades, os resultados foram os mesmos com ou sem a modelagem das cabeças dos parafusos.
A ligação tubular em luva parafusada possui uma folga entre os furos e os parafusos, devido à diferença dos seus diâmetros, conforme a Figura 5.2(a). No modelo numérico essa folga foi eliminada antes do início da aplicação da carga de tração. Para isso, ainda na fase de modelagem, os parafusos foram previamente movidos na direção e sentido da força de tração, até encostarem na parte superior dos furos do tubo externo, correspondendo a uma distância igual a metade do valor da folga. Também foi necessário mover o tubo interno na mesma direção e sentido, até que a parte inferior dos furos do tubo interno encostasse nos parafusos, correspondendo a uma distância igual ao valor da folga. Assim, a posição dos tubos e parafusos no início da aplicação da força de tração está representada na Figura 5.2(b).
Com esse procedimento, o contato entre os parafusos e os tubos já fica estabelecido desde o começo da análise numérica, evitando qualquer problema nas condições de contorno do modelo. Como nos ensaios esse contato estabelece-se logo que uma mínima tração é aplicada no tubo interno, o procedimento de mover o tubo interno e os parafusos previamente representa bem o que ocorre na realidade.
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Figura 5.2 - Vista frontal: (a) Folga dos parafusos (b) Ajuste da folga no modelo numérico