Enunciado

Uma placa de aço de 160   m m de largura e 8   m m de espessura é dobrada para formar o perfil mostrado. Sabendo-se que a carga vertical P atua em um ponto localizado na superfície média da alma, determinar: a o torque T que irá torcer o perfil; b a máxima tensão de cisalhamento do perfil dobrado, causada pela carga P .

Passo 1

Temos a seguinte situação:

Temos que determinar o torque que irá torcer esta seção na letra (a), para isto vamos precisar determinar a tensão de cisalhamento e o centro de cisalhamento.

Temos uma boa notícia, temos um exemplo feito no livro com uma viga de mesmo perfil de viga. Exemplo 5.4, página 561.

Passo 2

a)Neste exemplo(5.4) ele determinar uma equação para o centro de cisalhamento, que resulta em:

e = b 2 + h 3 b

Aqui temos: h = 100   m m , b = 30   m m e t =   8   m m .

Calculando o centro de cisalhamento:

e = 30 2 + 100 3 ∙ 30 = 9,6429   m m

Multiplicando por 10 - 3 para unidade ficar em metros:

e = 9,6429 ∙ 10 - 3   m

Passo 3

a) Por definição nossa força de cisalhamento V é o próprio P :

V = 15   k   N

E finalmente podemos calcular o torque:

T = e ∙ V

T = 15   k   9,6429 ∙ 10 - 3

T = 144,64   N ∙ m

Passo 4

b)A tensão de cisalhamento máxima é devido ao efeito conjunto da flexão e da torção que ocorre na linha neutra, na face da alma.

Temos que a tensão máxima será a soma das duas:

τ f l e x = V Q I t

E a tensão de cisalhamento de torção.

τ t o r ç ã o = T c 1 a t 2

Vamos começar pela tensão de cisalhamento de flexão. Temos V = 15   k N , t = 8   m m .

Temos que calcular o momento de inércia e o momento estático.

Calculando o momento de inércia, temos o momento de inércia da alma (retângulo vertical) e 2 momentos de inércia das abas (retângulos horizontais):

I = I a l m a + 2 I a b a s

I = 1 12 t h 3 + 2 ∙ 1 12 b t 3 + b t ∙ h 2 2

Temos t = 8   m m , h = 100   m m e b = 30   m m . Substituindo estes valores:

I = 1 12 8 ∙ 100 3 + 2 ∙ 1 12 ∙ 30 ∙ 8 3 + 30 ∙ 8 ∙ 100 2 2

I = 1,869 ∙ 10 6   m m 4

Multiplicando por 10 - 3 4   para unidade ir para metros:

I = 1,869 ∙ 10 - 6 m 4

Passo 5

Partindo para o cálculo do momento estático:

Calcularemos o momento estático da parte superior da seção transversal em relação à linha neutra:

Q = ∑ A ∙ y ¯

Para aba:

A = b ∙ t

y ¯ = h 2

Para alma:

A = h 2 ∙ t

y ¯ = h 4

Executando o momento estático:

Q = b ∙ t ∙ h 2 + h 2 ∙ t h 4

Q = 1 8 ∙ h t ( 4 b + h )

Substituindo valores:

Q = 1 8 ∙ 100 ∙ 8 ∙ 4 ∙ 30 + 100

Q = 22 ∙ 10 3   m m 3

Convertendo para metros, multiplicando por 10 - 3 3 :

Q = 22 ∙ 10 - 6   m 3

Passo 6

Temos todas variáveis para determinar a tensão de cisalhamento por flexão:

τ f l e x = V Q I t

Substituindo todas as unidades:

Lembrando que t em metros será t = 8 ∙ 10 - 3 .

τ f l e x = 15 ∙ 10 3 ∙ 22 ∙ 10 - 6 1,869 ∙ 10 - 6 ∙ 8 ∙ 10 - 3

τ f l e x = 22,07   M P a

Passo 7

Para determinar a tensão de cisalhamento por torque ou torção, temos:

τ t o r ç ã o = T c 1 a t 2

Temos T = 144,64     N ∙ m , calculado na letra (a), t = 8 ∙ 10 - 3 m  

Temos que determinar c 1 e a :

O termo a é o somatório de todo o comprimento da viga, logo:

a = 100 + 30 + 30 = 160   m m

Convertendo para metros:

a = 0,16   m

E c 1 possui uma fórmula definida por:

c 1 = 1 3 ∙ 1 - 0,630 ∙ t a

Substituindo todos os valores:

c 1 = 1 3 ∙ 1 - 0,630 ∙ 8 ∙ 10 - 3 0,16

c 1 = 0,3228

Como temos todas variáveis para determinar τ t o r ç ã o , basta substituir todas as variáveis:

τ t o r ç ã o = 144,64 0,3228 ∙ 0,16 ∙ 8 ∙ 10 - 3 2

τ t o r ç ã o = 43,76   M P a

Passo 8

Finalmente teremos a tensão cisalhante máxima:

τ m á x = τ f l e x + τ t o r ç ã o = 22,07   M + 43,76   M = 65,83   M P a

Resposta

a) T = 144,64   N ∙ m

b)   τ m á x = 65,83   M P a

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