Cálculo de Tensões Residuais em chapas de aço

12. August 2024 Matheus Correia

Cálculo de Tensões Residuais em Chapas de Aço: Um Conceito Fundamental na Análise de Estruturas

A engenharia de construção exige a utilização de materiais com propriedades físicas e mecânicas que permitam resistir às diversas cargas e estresse a que são submetidos. Entre esses materiais, as chapas de aço são amplamente utilizadas devido à sua resistência e leveza. No entanto, é importante lembrar que a ação contínua de cargas e estresse pode causar tensões residuais, que são danos microscópicos que podem afetar a segurança e a durabilidade da estrutura.

A compreensão do cálculo de tensões residuais é fundamental para que os engenheiros possam projetar e analisar estruturas que resistam às cargas e estresse de forma segura e eficiente. Neste sentido, este artigo pretende fornecer uma visão geral do conceito de tensões residuais em chapas de aço e como pode ser aplicado na análise de estruturas.

Características da Cálculo de Tensões Residuais em Chapas de Aço

Efeitos da Resistência ao Compresso

A resistência ao compresso é um dos fatores mais importantes considerados na cálculo de tensões residuais em chapas de aço. Isso ocorre porque a compressão pode causar uma redução significativa na resistência à tracção da chapa, o que pode levar a uma perda de sua capacidade de suportar carga. Além disso, a compressão também pode causar a formação de micro-fissuras na superfície da chapa, o que pode ainda reduzir sua resistência à tracção.

A compressão pode causar uma redução de até 50% na resistência à tracção da chapa
A compressão também pode causar a formação de micro-fissuras na superfície da chapa
A resistência à compressão é uma função da espessura da chapa e da dureza do material

Efeitos da Resistência à Tração

A resistência à tração é outro fator crucial considerado na cálculo de tensões residuais em chapas de aço. Isso ocorre porque a resistência à tração é diretamente relacionada à capacidade da chapa de suportar cargas aplicadas. Além disso, a resistência à tração também é afetada pela geometria da chapa, o que pode influenciar na formação de tensões residuais.

A resistência à tração é uma função da espessura da chapa e da dureza do material
A geometria da chapa também pode influenciar na formação de tensões residuais
A resistência à tração é um fator crítico na determinação da capacidade de suportar carga da chapa

Efeitos da Temperatura

A temperatura também é um fator importante considerado na cálculo de tensões residuais em chapas de aço. Isso ocorre porque a temperatura pode afetar a resistência à compressão e à tração da chapa, o que pode influenciar na formação de tensões residuais. Além disso, a temperatura também pode afetar a dureza do material, o que pode ainda influenciar na resistência à compressão e à tração.

A temperatura pode afetar a resistência à compressão e à tração da chapa
A temperatura também pode afetar a dureza do material
A temperatura é um fator crítico na determinação da capacidade de suportar carga da chapa

Efeitos da Oxidação

A oxidação também é um fator importante considerado na cálculo de tensões residuais em chapas de aço. Isso ocorre porque a oxidação pode causar a formação de uma camada de óxido na superfície da chapa, o que pode influenciar na formação de tensões residuais. Além disso, a oxidação também pode reduzir a resistência à compressão e à tração da chapa, o que pode ainda influenciar na capacidade de suportar carga.

A oxidação pode causar a formação de uma camada de óxido na superfície da chapa
A oxidação também pode reduzir a resistência à compressão e à tração da chapa
A oxidação é um fator crítico na determinação da capacidade de suportar carga da chapa

Razo de Fundamento

O cálculo da tensão residual em chapa de aço é uma ferramenta essencial em engenhearia para determinar como o material resistirá contra estresse e deformidade. Isso é especialmente vital em aplicações específicas, como construção de edificios, pontes, barqueiros e outros sistemas estruturas. A tensão residuais é definida pela diferença entre a resposta ao estresse real à superfície da chapa e a resposta prevista que é calculada usando modelos baseados em testes macroscópicos.

Variáveis envolvida

São utilizadas as seguintes variaveis:
- M: valor de Young.
- y.: distância along the thickness of the plate.
- x: distância perpendicular for the direction of the residual stress normal.
- Rho: residual stiffness tensor.
- n: Normal (z-direction).

Fórmula Completa

A frmula para cálculo tensão residual é:

σ(z) = – 2C Rho ^{–1</ sup>} xy (
Rho(,Rho (n) |yy) ) |z_n</sub


Onde:

*

C</ code>: Constant of integration value

<code,Rho</ code>: Resilience tensor value

Passo a passo de Uso da Fórmula
Para calcular a tensão residental em uma chapa, voce precisa realizar os etapas abaixo:

Dentro da unidade fundamental do sistema, escolha unitate de medida que desejam para as variáveis (M>, y(), x).

Seja hetero e respectivamente.
Se sua aplicação tem algum momento específico, considere variaveis para considerada para o modelo. Use um software como Solid Mechanical ou Abaqus ao computar a fórmula.
Insira vales para variaveas especficas:

o Valor de Young (M).

Seja M.

ou M.

Valor de distância ao tamanho da placa.
Se é igual a h.
se a distância perpendicular aos estresse normais (xey</ a>

Se é igual A.

Inser ir para o valor da taxa residual (Rhot).

Valor (ρ).
Completindo os valores, execute a calcúlio da tensão reserva:

'



Nota especial: A tensão do chamada é uma representação matática e não tem como intepretação físika.
A fórmula se torna um método poderosu para calcular tensões na superfície de chapões, pois é um indicador robusto da resistência ao combinação de fatoares.
Erros comuns e dicas ao calcular Cálculo de Tensões Residuais em chapas de aço
Ao calcular as tensões residuais em chapas de aço, é comum cometer erros que podem comprometer a segurança estrutural. Um dos erros mais comuns é não considerar o fator de segurança adequado, o que pode levar a sobrecargas excessivas e consequentemente, ao colapso da estrutura. 

Verificar a resistência da chapa em diferentes direções;
Considerar a tensão residual em diferentes pontos da chapa;
Ao calcular a tensão residual, utilizar um fator de segurança adequado, como 1,5 ou 2;

Outro erro comum é não considerar a influência da temperatura e do tempo de exposição à tensão residual. A temperatura e o tempo de exposição podem afetar a resistência da chapa e, consequentemente, a tensão residual. Além disso, é importante considerar a possibilidade de deformações e deslocamentos da chapa durante o processo de tensão residual. 

Considerar a influência da temperatura e do tempo de exposição na resistência da chapa;
Verificar a possibilidade de deformações e deslocamentos da chapa;
Ao calcular a tensão residual, utilizar um fator de segurança adequado, como 1,5 ou 2;

Concluindo
O cálculo de tensões residuais em chapas de aço é um processo importante para garantir a segurança e durabilidade estrutural de construções. Ao considerar fatores como a tensão residual, a curva de deformação e a propriedade resistente do material, é possível prever e reduzir o risco de fratura ou colapso da estrutura. Além disso, a determinação da tensão residual pode ajudar a otimizar a escolha do tipo de aço e do seu processo de tratamento termico.
A aplicação correta do cálculo de tensões residuais em chapas de aço é fundamental para o projeto e manutenção de estruturas em indústria, edificação e engenharia. Uma abordagem precisa e robusta permite minimizar riscos e garantir o cumprimento dos padrões de segurança. Com o conhecimento obtido a partir do cálculo de tensões residuais, é possível criar projetos mais eficazes, eficientes e sustentáveis, contribuindo para o bem-estar social e econômico.