Enunciado

Para a estrutura do Prob. 11.39, determinar(a) a distância h para que o coeficiente de segurança, em relação a flambagem, seja o mesmo para cada um dos dos quatro membros;(b) a correspondente tração admissível no membro AC, se o coeficiente de segurança é 2,8.

Passo 1

Fala aí, bora analisar essa estrutura?

Precisamos encontrar a altura h que otimize o coeficiente de segurança das 4 barras, pra facilitar nossa vida as barras horizontais são simétricas e as verticais também então precisaremos analisar só duas e faremos para BC e CD. A barra AC será tracionada então ela não sofre flambagem, porém a tração nela puxar e comprimir outras barras e é ai que a gente vai analisar a flambagem. Vamos desenhar o nó C e analisar o equilíbrio.

E com isso faremos os esforços em cada barra serem relacionados ao peso admissível e ao fator de segurança que tem a seguinte relação:

F S = P C R P A D M

Lembrando que pro peso crítico é dado por:

P C R = π 2 E I L e 2

Vamos então calcular para cada barra o respectivo peso admissível, porém antes acharemos uma relação entre a tração e o esforço em cada barra.

Passo 2

Como prometido vamos encontrar as relações com T, fazendo o somatório das forças no nó C:

∑ F V = F C D - T y = 0

F C D = T y

E pela figura a gente calcula o comprimento da barra e as relações com as decompostas:

L = h 2 + 1,8 2 = h 2 + 3,24

Daí podemos dizer que:

T y = h L T = h h 2 + 3,24 × T

Daí:

F C D = h h 2 + 3,24 × T

E pelo somatório das forças horizontais temos:

∑ F H = F B C - T x = 0

F B C = T x

E pela figura:

T x = 1,8 L T = 1,8 h 2 + 3,24 × T

Então:

F B C = 1,8 h 2 + 3,24 × T

Passo 3

Bacana, encontrados os esforços podemos pensar o seguinte se essas barras resistem a flambagem com o coeficiente de segurança desejado temos que:

F B C = P a d m = P C R F S

Então vamos ao cálculo do peso crítico.

P C R = π 2 E I L e 2

E precisamos do momento de inércia que nesse caso será calculado em m

I = π d 4 64 = π × 30 4 64 = 39,76 × 10 3 m m 4

E da figura a gente vê que o comprimento da barra BC é:

L e = 1,8 m = 1800 m m

Substituindo temos:

P C R = π 2 × 200 × 39,76 × 10 3 1800 2 = 24,22 k N

Daí voltando ao peso admissível:

P a d m = 24,22 F S

E como vimos que:

F B C = 1,8 h 2 + 3,24 × T = P a d m

Podemos substituir.

1,8 h 2 + 3,24 × T = 24,22 F S

e isolar F S :

F S = 24,22 × h 2 + 3,24 1,8 T

Daí:

F S = 13,46 T × h 2 + 3,24

Passo 4

Ainda não acabou por aí, precisamos avaliar a outra barra e faremos como no passo 3.

F C D = P a d m = P C R F S

Então vamos ao cálculo do peso crítico.

P C R = π 2 E I L e 2

E o momento de inércia é o mesmo pois as barras possuem o mesmo diâmetro, porém no inicio nós fizemos uma relação em metros e aqui no peso crítico vai aparecer uma incógnita que também precisa estar em metros.

I = 39,76 × 10 3 m m 4 = 39,76 × 10 - 9 m 4

Substituindo temos:

P C R = π 2 × 200 × 10 6 × 39,76 × 10 - 9 h 2 = 78,483 h 2 [ k N . m 2 / m 2 ]

Aqui usamos o módulo de elasticidade em k N / m 2 e encontramos uma unidade compatível com a encontrada no último passo.

Daí voltando ao peso admissível:

P a d m = 78,46 h 2 F S

E como vimos que:

P a d m = F C D = h h 2 + 3,24 × T

E igualando os termos temos:

h h 2 + 3,24 × T = 78,46 h 2 F S

E aí isolando o fator:

F S = 78,46 × h 2 + 3,24 T × h 3

Passo 5

Beleza, chegamos juntos até aqui e o fator de segurança é o mesmo para as duas barras, sendo assim igualamos as equações encontradas:

13,46 T × h 2 + 3,24 = 78,46 × h 2 + 3 , 24 T × h 3

Eliminando os termos iguais temos:

13,46 = 78,46 h 3

Agora isolando h .

h = 78,46 13,46 3 = 1,8 m

Passo 6

E para o item b. como temos o mesmo fator de segurança para ambas as barras podemos pegar qualquer uma das expressões encontradas:

F S = 13,46 T × h 2 + 3,24

Isolando T:

T = 13,46 × h 2 + 3 , 24 F S

Substituindo os valores:

T = 13,46 × 1,8 2 + 3,24 2,8 = 12,24 k N

Resposta

a h = 1,8 m

b T = 12,24 k N

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