Enunciado

Um fluido com densidade ρ escoa por uma tubulaçăo de aço em balanço de comprimento l e área de seção transversal A (Figura 3.60). Determine a velocidade ( v ) do fluido à qual ocorre instabilidade. Admita que a massa total e a resistência à curvatura da tubulação são m e E I , respectivamente.

Passo 1

Modele o tubo como um sistema de único grau de liberdade com m e q = massa equivalente no final = 33 140   m (   m = massa do tubo ; veja o problema 2.46 ) e k e q = 3 E 2 I l 3 .

Inclinação do tubo no fim:

θ = F l 2 2 E I = F l 3 3 E I 3 2 l = 3 x 2 l

onde x = deflexão final do tubo cantilever sob uma carga transversal F. Força induzida devido à velocidade do fluido v é ρ A v 2 . Força atuando no sistema de grau único de liberdade (na direção vertical):

F = ρ A v 2 s i n ⁡ θ ≈ ρ A v 2 θ = ρ  A  v 2 3 x 2 l

Equação do movimento: m eq  x ¨ + k eq  x = F ou 33 140 m x ¨ + 3 E I l 3 - 3 ρ A v 2 2 l x = 0

Instabilidade ocorre em 3 E I l 3 - 3 ρ A v 2 2 l < 0  ou  v > 2 E I ρ A l 2

Resposta

3 E I l 3 - 3 ρ A v 2 2 l < 0  ou  v > 2 E I ρ A l 2

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