Enunciado

Mecânica e Resistência dos Materiais - Beer - Resistência dos Materiais- Ed: 3º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 41

Usando , determinar a energia de deformação devido à flexão, para a viga com o carregamento mostrado (desprezar o efeito das tensões de cisalhamento).

Passo 1

Fala, pessoal bonito! Animados para mais um exercício de energia de deformação?

Nesse exercício precisamos calcular a energia de deformação da barra . Nesse exercício vamos calcular apenas a energia de deformação da barra que é causada pelo momento fletor presente na barra. A equação que calcula essa energia da barra causada pelo momento fletor é:

onde é o comprimento total da barra , é o módulo de elasticidade e é o momento de inércia.

Para calcular o momento fletor , temos que achar as forças que atuam na barra. A figura abaixo mostra as forças atuando na barra .

é a força de reação causada pela restrição no ponto e é a força de reação causada pela restrição no ponto . Elas são encontradas através das equações de equilíbrio de momento. No entanto, apenas uma delas é suficiente para a gente achar o momento fletor . No próximo passo, calcularemos uma das duas forças então!

Passo 2

Como vamos calcular o momento fletor fazendo o equilíbrio da parte esquerda da barra, temos que conhecer apenas ! Podemos excluir , porque essa força não vai fazer parte do equilíbrio da parte esquerda da barra!

Para achar sem precisar achar , podemos calcular através da equação de equilíbrio de momento no ponto . Como a força não tem braço de alavanca em , ela não aparece na equação de equilíbrio de momento em .

Como a força faz a barra tender a girar no sentido horário, vamos colocar um sinal de menos na frente do momento de .

Além disso, precisamos lembrar que a força de vale .

Agora estamos aptos a achar !

Passo 3

Para achar precisamos usar a equação de equilíbrio de momento na parte esquerda da barra . Calcularemos o equilíbrio no ponto . O momento tem dois valores: um quando a parte esquerda da barra ainda não inclui a força e outro quando a parte esquerda inclui a força . Vamos começar o cálculo do primeiro valor de .

Agora vamos calcular o segundo valor de .

Como a força faz a barra tender a girar no sentido horário, vamos colocar um sinal de menos na frente do momento de .

Com esses valores de , podemos achar !

Passo 4

tem dois valores. Um quando vale entre e e outro, quando vale entre e .

Por isso, para substituir na integral que calcula , precisamos separar a integral em duas. Uma que vai de a para o primeiro valor de e outra que vai de a para o segundo valor de .

Agora, temos que substituir os valores de , e nas integrais corretas.

Antes disso, temos que converter o módulo de elasticidade de para , multiplicando por .

O momento de inércia do perfil da barra pode ser encontrado no apêndice C para o perfil W150 X 13,5. Na tabela do apêndice C, o valor de está em . Para converter esse valor para , precisamos multiplicar por .