Influência de cargas axiais compressivas no comportamento dinâmico de vigas
Modelos de vigas são amplamente utilizados em diferentes áreas da engenharia para idealizar uma variedade de estruturas, desde cabos de transmissão de energia até asas de aeronaves e pás de turbinas. O rápido avanço das tecnologias de fabricação e o aumento da capacidade de processamento computacional permitem que essas estruturas sejam altamente otimizadas para reduzir o peso e aumentar sua capacidade de carga. Como resultado, o comportamento dinâmico dessas estruturas pode ser altamente complexo, e técnicas avançadas de modelagem matemática e simulações numéricas são necessárias para entendê-lo. O trabalho aqui apresentado examina a vibração lateral de uma viga simples submetida a uma pré-carga axial. Como uma corda de violão, a presença de uma carga de tração faz a viga vibrar com uma frequência natural mais alta, enquanto o oposto é verdadeiro para uma carga de compressão. Ao contrário do caso de tração, que é limitado apenas pela capacidade do material da viga de operar dentro de seu regime elástico, um carregamento de compressão significa que devemos considerar o parâmetro de flambagem que compreende a geometria da seção transversal e a rigidez. Para entender esse fenômeno, três abordagens analíticas são aplicadas ao caso de uma viga simples sujeita a uma carga axial e excitação lateral: (1) um modelo analítico formulado a partir da teoria de vigas de Euler-Bernoulli; (2) um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos implementado através do software Ansys; (3) um arranjo experimental compreendendo uma viga carregada compressivamente ao longo de seu eixo principal e excitada lateralmente. As frequências e modos de vibração dos três modelos foram comparados com relação a várias cargas axiais compressivas até e além da carga de flambagem de Euler.