Autor: Anderson Luis Garcia Correia (Currículo Lattes)
Resumo
A flambagem elástica é um fenômeno de instabilidade que pode ocorrer se uma chapa fina (plana ou curva) é submetida à carga de compressão axial. Em um determinado nível de carga crítica a placa curva-se repentinamente no sentido transversal (fora do plano). Uma característica importante da flambagem é que a instabilidade pode ocorrer em um nível de tensão que é substancialmente menor do que a tensão de escoamento do material. Em inúmeros casos, a presença de furos nos elementos estruturais da placa é quase inevitável para inspeção, manutenção e serviço, ou para reduzir o peso da estrutura. No entanto, a presença desses furos provoca uma redistribuição das tensões de membrana na placa, alterando significativamente a sua estabilidade. Neste trabalho o método Constructal Design, que tem origem na Teoria Constructal de Adrian Bejan, foi utilizado para determinar a melhor geometria de placas perfuradas finas submetidas ao fenômeno de flambagem elástica. Para estudar este comportamento foram analisadas placas retangulares simplesmente apoiadas, com furos centrados, com a geometria dos mesmos variando de forma entre retangulares, losangulares e elípticos. O objetivo foi obter a geometria ideal que maximize a carga crítica. Para isso, o grau de liberdade de H/L (relação entre a largura e comprimento da placa) e o grau de liberdade H0/L0 (relação entre as dimensões características do furo) foram otimizadas para diferentes frações volumétricas de furo  (razão entre o volume do furo e o volume da placa sem furo). A modelagem computacional, baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), foi utilizada para avaliar a carga crítica de flambagem da placa, e o método de Lanczos foi aplicado na solução do problema de autovalores correspondente. Assim, este trabalho demonstrou que o Constructal Design pode ser utilizado não só em problemas de transferência de calor e dinâmica dos fluidos, mas também para definir as melhores formas em problemas de mecânica dos sólidos. Nesse trabalho foram aplicados três tipos de investigação: o primeiro levando em consideração três placas de mesma dimensão e mesma área, porém com geometrias de furos diferentes, o segundo tipo com quatro placas de dimensões diferentes, relações H/L diferentes e geometrias de furos iguais e o terceiro tipo com sete placas de dimensões diferentes, áreas iguais e geometria de furos iguais. Na investigação de placas de mesma dimensão, mesma área e geometrias de furos diferentes, quando  ≤ 0,20, a geometria ótima foi o losango, atingindo uma carga máxima de flambagem em torno de 80,0% maior que a placa sem furo, 21,5% maior que a placa com furo elíptico e 17,4%, maior que a placa com furo retangular. Na investigação de placas de dimensões diferentes, relações H/L diferentes e geometrias de furos iguais, a placa que obteve o maior acréscimo percentual no valor de carga crítica de flambagem em relação à uma placa sem furo foi a placa com maior relação H/L (H/L = 1,00), chegando a 199,07%. A placa que apresentou o menor acréscimo percentual foi a placa com menor relação H/L (H/L = 0,33), com 14,74%. Na investigação de placas de dimensões diferentes, áreas iguais e geometrias de furos iguais, observou-se que para todos os valores de  analisados, a placa com os melhores resultados, quando comprimida axialmente, é a placa que tem a menor relação H/L.