Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Beer - Mecânica dos Materiais- Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas de Revisão - Ex. 194
Um momento fletor de intensidade M é aplicado a uma barra quadrada de lado a. Para cada uma das orientações mostradas, determine a tensão máxima e a curvatura da barra.
Passo 1
Tá legal! Começando pela letra (a), onde temos a viga que não está inclinada, sabemos que a linha neutra estará bem no meio da seção transversal. Nós sabemos também que para uma seção retangular, o momento de inércia é dado por:
Então, substituindo os valores nessa expressão, teremos:
Através do desenho, sabemos também que a distância da linha neutra (que fica no centro) até a extremidade, vai ser metade da altura da seção, ou seja:
Passo 2
E, nós sabemos que a tensão máxima para um momento fletor é dado por:
Substituindo as expressões encontradas, chegaremos em:
Agora vamos encontrar o raio de curvatura da barra para a configuração da letra (a), sabendo que o raio de curvatura pode ser encontrado através de:
Substituindo a expressão encontrada para o momento de inércia e isolando o raio de curvatura, teremos:
Passo 3
Agora para a letra (b), vamos ter que dividir a seção quadrada em dois triângulos, para que possamos calcular o momento de inércia total da seção. Dividindo a seção em 2 e colocando o eixo de referência no centro, teremos:
Agora, nós sabemos que para um quadrado de lado , sua diagonal terá comprimento de:
Sendo assim, para as duas seções da figura acima, a base dos triângulos será exatamente a diagonal do quadrado, ou seja:
E a sua altura será metade da diagonal, ou seja:
Passo 4
Com isso, podemos calcular o momento de inércia da seção 1, lembrando que o momento de inércia para um triângulo com relação a sua base é dado por:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Beleza, devido a simetria da seção, o momento de inércia da região 2 será igual ao da região 1, ou seja:
Então, o momento de inércia total da seção será:
Passo 5
Com isso podemos encontrar a tensão máxima nessa seção, lembrando que a distância da linha neutra até a extremidade corresponde à metade da altura, ou seja, metade da diagonal do quadrado, então teremos:
Então, a tensão máxima será:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
E, por sua vez, o raio de curvatura será:
Substituindo a expressão para o momento de inércia para a seção e isolando o raio de curvatura, teremos: