O documento discute como descontinuidades estruturais em perfis abertos sob torção podem gerar tensões elevadas. Isso ocorre porque regiões com maior rigidez à torção impedem o empenamento livre de regiões mais flexíveis, gerando tensões normais. O documento recomenda evitar saltos bruscos de rigidez ao longo do perfil e fazer transições graduais entre seções abertas e fechadas para facilitar o caminho das cargas e reduzir tensões.

1. Perfis Abertos
Torção e Warping
Eng. Avelino Alves Filho, prof. Dr.
Diretor Técnico

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Tópicos – Elementos Finitos
•Descontinuidades Estruturais são normalmente intoleráveis, geram mudanças
bruscas de rigidez e, como conseqüência, elevados gradientes de tensão. Essas
ações localizadas são um convite ao fenômeno de fadiga, devido à ação
repetitiva e cíclica das cargas com valores elevados de tensão.
•No projeto estrutural de qualquer componente ou sistema o ponto fundamental é
o entendimento de como as cargas caminham na estrutura, de sorte a fazer o seu
percurso gerar as menores descontinuidades de tensões possíveis, decorrente
das transições serem bem projetadas.
•No fenômeno de flexão, as descontinuidades estruturais se apresentam de
forma quase óbvia. Saltos de rigidez são claramente visíveis e evitados. Por
exemplo, na figura 1 são representadas duas possibilidades de transição entre
duas regiões. A solução do caso b é obviamente mais adequada.
Figura 01
(a)
(b)
Facilite o Caminho das Cargas!!!
Não bom!!!
bom!!!

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Facilite o Caminho das Cargas!!! Na torção não é tão óbvio !!!
Perfis Abertos de Paredes Delgadas, tais como os utilizados em Longarinas e
Travessas dos Chassis, ao sofrerem torção, empenam ( “Warping” ).
Regiões Impedidas de Empenar, devido
às Restrições ao Livre Empenamento,
estão sujeitas à Tensões Normais na
Torção. Por exemplo, a Travessa Torce,
quer empenar livremente, mas encontra
o impedimento da Longarina, que
oferece dificuldades ao livre
empenamento.

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Empenamento

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Descontinuidade Estrutural na Torção ao passar de região aberta para fechada
Perfil Aberto Perfil Aberto com Trecho Fechado

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Perfil Fechado têm Rigidez à Torção muito maior que perfil aberto
250 mm
250 mm
150 mm
150 mm
150 mm
t = 6 mm
t = 6 mm
4
3333
39600
3
6.150
3
6.150
3
6.250
3
.
mm
tb
ITORÇÃO
 
Momento de Inércia à Torção do Perfil Aberto
  4
22
37036154
6
150
6
150
6
250
6
250
24414444
mm
t
ds
A
ITORÇÃO
...




Momento de Inércia à Torção do Perfil Fechado
A
Área
dentro
da linha
média
do perfil
935 vezes Maior que o momento
de Inércia do Perfil Aberto !!!!!

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Tópicos – Elementos Finitos
Perfil Aberto Empena. Quando a longarina é reforçada localmente como
mostrou a figura anterior, transforma-se em um trecho que corresponde a
um perfil fechado. A rigidez à torção aumenta muito, e portanto o trecho
fechado têm muito maior resistência ao empenamento. Ocorre portanto
uma restrição ao livre empenamento, e nessa regiões existe a tendência de
ocorrer elevados valores de tensões normais decorrente das restrições ao
empenamento, as “warping stresses”.
Deve-se evitar descontinuidades de rigidez na estrutura.
O fechamento da longarina gera um “engastamento” para a Torção e
portanto GERA TENSÕES NORMAIS NA TORÇÃO Calculadas por
Intermédio da Teoria de Vlasov da Flexo-Torção, já apresentada em
publicação apresentada neste espaço, por intermédio do Bimomento de
Flexo-Torção e da Warping Constant ou Área Sectorial.
Para evitar-se descontinuidades estruturais é recomendado que a rigidez à
torção não dê um salto e apresente alta descontinuidade. Deve-se fazer
com que a seção fechada seja diminuída lentamente. Como mostra a figura
seguinte.

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200 Kgf0
Trecho Fechado

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Tensão de von Mises
16,2 Kgf/mm2

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Trechos Fechados

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Tensão de von Mises
4,46 Kgf/mm2