A encurvadura raramente é uma propriedade de um elemento isolado. Depende da rigidez da estrutura envolvente, das condições de fronteira, da posição da carga, das imperfeições e – o que é importante – do comportamento real das ligações.
A aplicação Stability reúne todas estas componentes. Os engenheiros podem modelar a parte relevante da estrutura, verificar o sistema estático, dimensionar e verificar as ligações, identificar os modos de encurvadura críticos, introduzir imperfeições e realizar análises geométrica e materialmente não lineares com imperfeições (GMNIA) – tudo num único fluxo de trabalho integrado.
Em vez de estimar o comprimento de encurvadura de um elemento isolado, o engenheiro pode analisar como o elemento irá efetivamente encurvar como parte da estrutura.
A solução reflete estas tarefas principais:
- Verificar um elemento de aço em que a encurvadura condiciona o dimensionamento, e não a resistência.
- Dimensionar e verificar as ligações desse elemento no âmbito do mesmo trabalho.
- Verificar a resistência à instabilidade dos elementos e das subestruturas.
- Gerar um único relatório que abrange a estrutura e as respetivas ligações.
Navegação rápida:
Modelar a estrutura em torno do elemento analisado (elementos)
Uma análise de estabilidade fiável começa com o modelo estrutural adequado.
- No Stability, o engenheiro trabalha com uma subestrutura e não com um elemento isolado. Os elementos, nós, apoios, rótulas, excentricidades, cargas e combinações são definidos diretamente na cena 3D e permanecem editáveis ao longo de todo o processo de dimensionamento.
- Os projetos podem partir de um modelo em branco, de um modelo preparado ou de uma importação a partir de uma ferramenta de análise por elementos finitos (FEA). É possível adicionar, remover, dividir ou reposicionar elementos sem reconstruir todo o projeto.
- O traçado e a orientação ortogonal permitem criar a geometria estrutural diretamente na cena. As distâncias repetidas podem ser introduzidas através de um multiplicador.
- Os nós duplicados por coincidência são automaticamente fundidos, de modo a manter o modelo estrutural conectado.
Os apoios e as rótulas nas extremidades dos elementos são visíveis diretamente na cena, com os respetivos graus de liberdade individuais disponíveis para edição. O modelo pode, assim, ser inspecionado antes de se realizar qualquer análise de estabilidade avançada.
Uma análise linear fornece reações, esforços internos e deformações, permitindo ao engenheiro comparar a resposta estrutural com as expectativas de engenharia antes de avançar no fluxo de trabalho.
Isto permite ao engenheiro verificar que o sistema estático analisado é aquele que pretendia criar.
Saiba mais sobre como criar um modelo estrutural na aplicação Stability neste artigo.
Cargas tal como existem no modelo estrutural
O Stability trabalha com casos de carga e combinações de cargas, incluindo o peso próprio automático. As combinações são definidas como ULS ou SLS.
O utilizador seleciona cargas pontuais e lineares a aplicar aos elementos.
Nos elementos modelados com casca, a posição da carga é relevante. Uma carga pode, por isso, atuar no eixo do elemento ou numa das suas faces, incluindo a excentricidade e a largura carregada.
O mesmo princípio aplica-se à geometria dos elementos. As excentricidades inicial e final podem ser definidas de forma independente, tornando possível representar elementos cujo alinhamento físico varia entre as suas extremidades.
O resultado é um modelo estrutural que pode ser verificado, numa primeira fase, com os resultados habituais da análise linear e utilizado depois, de forma consistente, nas análises mais avançadas que se seguem.
Saiba, passo a passo, como definir cargas no Stability neste artigo.
Converter o elemento crítico num modelo CBFEM
Nem todos os elementos da subestrutura necessitam de um modelo de elementos finitos detalhado.
O Stability mantém a estrutura envolvente como elementos 1D, permitindo ao engenheiro selecionar a parte crítica e convertê-la num elemento CBFEM modelado com elementos finitos de casca.
A parte CBFEM do modelo pode ser constituída por um ou vários elementos, e esta seleção permanece editável. O resto da estrutura modelada mantém-se como elementos 1D, apenas com os troços curtos necessários para o dimensionamento das ligações. Isto proporciona detalhe onde é necessário, mantendo simples o restante sistema estrutural.
Encontre mais informações sobre a definição de elementos CBFEM no Stability neste artigo.
As ligações reais passam a fazer parte do modelo de estabilidade
A criação de um elemento CBFEM identifica automaticamente os respetivos nós como ligações.
Num projeto Stability autónomo, estas ligações podem ser abertas diretamente no IDEA StatiCa Connection e dimensionadas com as operações habituais para chapas, parafusos, soldaduras, enrijecedores e outros componentes da ligação.
A verificação da ligação utiliza os efeitos das ações ULS calculados pela análise linear 1D no Stability. Não é necessário transferir forças entre o modelo estrutural e o modelo da ligação.
Se a análise 1D ainda não tiver sido realizada, o utilizador recebe uma notificação sobre a ausência de resultados.
Em estruturas com juntas repetidas, uma ligação já dimensionada também pode ser reutilizada através de Ligações recentes.
Isto colmata uma lacuna importante entre a estabilidade do elemento e o dimensionamento da ligação. A análise deixa de depender exclusivamente de um pressuposto de junta idealizada quando a ligação real é dimensionada noutro local.
Em vez disso, a ligação que transmite as forças pode ser dimensionada, verificada e, posteriormente, representada pela sua rigidez real na análise de estabilidade.
Verificar a estrutura antes de procurar a instabilidade
Antes das análises de estabilidade, é realizada uma análise materialmente não linear (MNA). O objetivo é simples: verificar que a estrutura, incluindo as ligações dimensionadas, consegue suportar 100% da carga aplicada.
Isto cria uma sequência lógica de verificações:
modelo estrutural → transferência de carga → dimensionamento da ligação → MNA → análise de estabilidade
O engenheiro inicia, assim, a avaliação da estabilidade com um sistema estrutural cuja geometria, carregamento, condições de fronteira e ligações já foram verificados.
Saiba como dimensionar ligações na aplicação Stability neste artigo.
Modos de encurvadura- veja como a estrutura encurva
O passo seguinte é uma análise de encurvadura linear (LBA).
Em vez de pedir ao engenheiro que antecipe um modo de encurvadura ou que determine previamente um comprimento de encurvadura efetivo, o Stability calcula os modos de encurvadura da subestrutura modelada.
Cada modo é visualizado diretamente na estrutura, juntamente com o respetivo fator de carga crítico αcr.
Isto fornece tanto um resultado numérico como uma imagem de engenharia da instabilidade: o engenheiro pode ver se o comportamento condicionante é global, do elemento ou local e de que forma a estrutura envolvente participa nesse comportamento.
Uma vez que a análise é realizada sobre a subestrutura modelada, tem em conta os respetivos apoios reais e a rigidez das ligações dimensionadas.
O fator de carga crítico pode, assim, ser utilizado para obter Ncr, Mcr e o correspondente comprimento do sistema para utilização num modelo estrutural global. Ajuda também a determinar se os efeitos de segunda ordem podem ser desprezados na análise global.
Se o fator de carga crítico for inferior a 1,0, a carga aplicada já excede a carga crítica elástica do sistema analisado – uma condição claramente indicada nos resultados.
Dos modos de encurvadura às imperfeições
Um modelo numérico perfeito não encurva como uma estrutura real. Por conseguinte, a análise de estabilidade avançada requer imperfeições.
O Stability torna a sua definição visível, em vez de a deixar como um dado de entrada numérico abstrato.
As imperfeições globais podem ser introduzidas como uma inclinação ou derivadas dos modos de encurvadura calculados pela LBA. Os modos disponíveis são acompanhados pelos respetivos fatores críticos e por indicadores que ajudam o engenheiro a avaliar a sua relevância.
Os modos de encurvadura selecionados podem ser combinados com pesos e amplitudes definidos pelo utilizador.
O mais importante é que a geometria imperfeita resultante é apresentada diretamente na cena 3D, em milímetros, antes de a GMNIA ser iniciada.
O engenheiro pode, assim, inspecionar não só a magnitude da imperfeição, mas também a sua direção e a forma combinada.
Isto é particularmente importante quando várias imperfeições interagem. Um modo de encurvadura não tem, por si só, orientação positiva ou negativa, mas a direção escolhida pode afetar a resistência final. Ver a geometria resultante antes do cálculo torna esta decisão de engenharia explícita.
Saiba mais sobre imperfeições na aplicação Stability.
GMNIA sem determinar comprimentos de encurvadura
Com as imperfeições definidas, o Stability realiza a análise geométrica e materialmente não linear com imperfeições (GMNIA).
Este é o percurso do método avançado para a verificação da estabilidade: em vez de determinar comprimentos de encurvadura e aplicar depois uma fórmula de estabilidade de elementos, a resposta não linear da estrutura imperfeita é calculada diretamente.
Os resultados incluem a verificação da deformação, a tensão, a deformação e as componentes de deslocamento.
A análise disponibiliza ainda definições para a redução de rigidez de acordo com a norma de cálculo selecionada e um limite de rotação para a encurvadura lateral-torcional. A redução de rigidez afeta apenas a GMNIA; a MNA e a LBA não são afetadas.
O fluxo de trabalho separa, assim, três questões de engenharia distintas:
MNA: A estrutura detalhada e as suas ligações conseguem suportar a carga aplicada?
LBA: De que forma tende a estrutura a encurvar e com que fator de carga crítico?
GMNIA: A estrutura imperfeita satisfaz a verificação da estabilidade utilizando o método de análise avançado?
Cada análise tem os seus próprios resultados e um estado OK / NOT OK explícito, pelo que a conclusão não tem de ser inferida a partir de um conjunto de tabelas de resultados.
O relatório final pode abranger a análise estrutural e, quando necessário, incluir as verificações das ligações no mesmo documento.
Saiba mais sobre todos os tipos de análise no Stability neste artigo.
Parta diretamente do seu modelo FEA global através do Checkbot
Em muitos projetos, o elemento que requer uma verificação de estabilidade já existe num modelo FEA global.
Não há razão para o construir novamente.
O Stability está, por isso, integrado com o IDEA StatiCa Checkbot. Uma subestrutura relevante pode ser extraída do modelo global importado e aberta diretamente no Stability com a respetiva geometria, alinhamento da secção transversal, excentricidades dos elementos, casos de carga, combinações e ligações.
A fase de modelação é ignorada e o projeto Stability abre diretamente na fase Design (não é necessária a modelação da estrutura 1D; por conseguinte, o separador Model não está visível)
Isto reduz a transcrição manual entre a análise global e a verificação de estabilidade detalhada – e, com ela, o risco de o modelo verificado diferir do modelo que gerou os esforços.
Há um dado de engenharia importante que permanece a cargo do utilizador: os apoios na fronteira da subestrutura extraída. Estas condições de fronteira representam a restrição proporcionada pela estrutura envolvente e podem influenciar significativamente o resultado da estabilidade. Têm, por isso, de ser definidas e verificadas pelo engenheiro.
Primeiro as ligações, depois a estabilidade
Quando o Stability é iniciado a partir do Checkbot, o dimensionamento das ligações continua a ser gerido pelo Checkbot.
As ligações são aí dimensionadas em primeiro lugar, preservando os grupos de ligações e a relação com o modelo estrutural importado. O Stability lê depois esses dimensionamentos e utiliza a respetiva rigidez na verificação da estabilidade, em vez de os modificar.
O fluxo de trabalho é, assim, intencionalmente simples:
Importar o modelo FEA global → dimensionar as ligações no Checkbot → selecionar a subestrutura → abrir o Stability → definir os apoios de fronteira → executar a verificação de estabilidade.
O Checkbot mantém o estado das análises, incluindo a MNA, o fator crítico da LBA, a GMNIA e as verificações de chapas, proporcionando ao engenheiro uma visão geral dos projetos de estabilidade que já foram verificados.
E quando a subestrutura importada não é suficiente para a tarefa, o projeto pode ser exportado para um Stability autónomo. Aí, o separador Model completo volta a estar disponível, permitindo ao engenheiro alargar ou modificar a estrutura e continuar a análise de forma independente.
De um elemento isolado ao sistema estrutural real
O Stability altera a questão subjacente à verificação da estabilidade de um elemento - em vez de perguntar:
“Que comprimento de encurvadura devo assumir para este elemento?”
...o engenheiro pode investigar:
“Como encurva este elemento como parte da estrutura que efetivamente o restringe?”
A modelação editável de subestruturas, os elementos CBFEM, as ligações com verificação normativa, a rigidez real das ligações, os modos de encurvadura da LBA, as imperfeições visíveis e a GMNIA são reunidos num único fluxo de trabalho – desde o modelo estrutural até ao relatório final.
Este é o objetivo da nova aplicação Stability no IDEA StatiCa 26.1: analisar elementos propensos a encurvadura como parte da estrutura a que efetivamente pertencem.
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