Introdução
Quando se trata de simular conexões físicas no ABAQUS, o conector axial (axial connector) assume o centro do palco. Neste post, aprofundamos nas complexidades da utilização de axial connectors, focando especificamente em cenários nos quais a rigidez linear ou não linear é definida – uma situação comum em simulações de engenharia.
Introdução aos Conectores Axiais
O tipo de axial connector estabelece uma ligação entre dois nós, onde ocorre um deslocamento relativo ao longo da linha que os separa. Este conector modela uma variedade de conexões físicas, incluindo molas axiais, amortecedores etc.
Posições dos Nós e Deslocamentos Iniciais
Os nós ‘a’ e ‘b’ podem inicialmente estar na mesma posição ou em posições diferentes, embora nosso foco aqui esteja principalmente em casos em que começam com posições iniciais distintas – uma situação encontrada em 99% das aplicações.
Sistema de Coordenadas e Direção de Deslocamento
Ao criar um conector axial, um sistema de coordenadas cartesianas é automaticamente gerado, com a origem no ponto ‘a’ e o eixo x direcionado de ‘a’ para ‘b’. O deslocamento nessa direção é denominado ‘u1‘, permitindo forças exclusivamente ao longo desse eixo. Exploraremos as forças decorrentes de variações no comprimento do conector, um aspecto-chave ao utilizar conectores axiais.
Configurando Axial Connectors: Seção do Conector no ABAQUS
Para iniciar um conector axial, é imperativo definir a Seção do Conector no ABAQUS. Aqui é onde as propriedades comportamentais são especificadas, como rigidez axial (elasticity), amortecimento e comprimento de referência. Para nosso estudo atual, as propriedades essenciais a serem definidas são rigidez axial e comprimento de referência.
Compreensão da Rigidez Axial e Comprimento de Referência
A rigidez axial, denominada Elasticity no ABAQUS, governa a relação entre a variação de comprimento e a força axial. Por exemplo, se a elasticidade for definida em 10 N/mm, uma variação de 5 mm no comprimento resulta em uma força de 50 N.
O comprimento de referência significa o comprimento no qual nenhuma força axial está presente, assemelhando-se ao estado relaxado de uma mola.
Exemplo de Conector Axial com Rigidez Constante
Vamos imaginar uma situação em que a distância inicial entre os nós “a” e “b” seja de 50 mm, exatamente correspondendo ao comprimento de referência (também 50 mm). No início, nenhuma força atua no conector. Agora, digamos que movemos um dos nós 5 mm ao longo da direção axial, aumentando a distância entre os nós – agora de 55 mm. Essa mudança leva a um cálculo de força: 10 N/mm * 5 mm, resultando em uma força de 50 N. Mas você pode estar se perguntando, em que direção essa força atua?
Para entender a direção da força, pense nisso como uma mola. Se o comprimento final for maior que o comprimento de referência, o axial connector experimenta uma força de tração. Como consequência, o conector tentará aproximar os nós. No entanto, há uma reviravolta – é necessário aplicar uma força externa para manter os nós afastados. Assim, enquanto o conector deseja reconectar os nós, uma força oposta é necessária que tenta separar os nós. Essa interação dinâmica define como os conectores axiais respondem às mudanças na distância entre os nós.
Exemplo de Conector Axial com Rigidez Não Linear
Ao trabalhar com o ABAQUS, configurar a rigidez axial pode ser direto. Você tem duas opções: torná-la um valor constante, criando uma relação linear simples entre a força e o deslocamento – semelhante ao que acabamos de praticar. Alternativamente, você pode optar por uma abordagem mais intricada, definindo uma relação não linear. Nesse caso, você precisaria criar uma curva usando uma tabela que detalha a força versus deslocamento. É como escolher entre uma estrada reta e um caminho sinuoso, dependendo da complexidade necessária para sua simulação.
Como exemplo, suponha que tenhamos a seguinte tabela que relaciona força e deslocamento:
Observe que entre os pontos especificados nesta tabela, ocorre uma interpolação linear, resultando em um gráfico semelhante a uma função em partes polinomial de primeira ordem.
Desvendando a interpretação, digamos que temos um deslocamento positivo de 25 mm. Isso implica que a distância entre os pontos “a” e “b” é o comprimento de referência mais 25 mm. Quando o comprimento final excede o comprimento de referência em 25 mm, a força do conector se torna 200 N, tendendo a aproximar os nós (o conector, pois a força externa tenta afastar os nós) de maneira trativa. Da mesma forma, com um deslocamento positivo de 15 mm, nos encontramos em uma situação comparável, mas a força agora é de 150 N, refletindo a relação dinâmica entre deslocamento e força.
Se houver um deslocamento de -25 mm, isso indica que a distância entre os pontos “a” e “b” é o comprimento de referência menos 25 mm. Neste caso, o comprimento final é menor que o comprimento de referência. Isso leva a uma força do conector de -1000 N, mostrando que é de natureza compressiva – ou seja, está aproximando os nós (força externa) em vez de afastá-los.
Quando o deslocamento ultrapassa 25 mm ou cai abaixo de -25 mm, o ABAQUS intervém para estender a curva por meio de um processo chamado extrapolação. Essencialmente, é como prever o que acontece além dos dados medidos. Agora, existem duas maneiras pelas quais o ABAQUS pode fazer isso: extrapolação constante ou linear.
Extrapolação Constante
Na extrapolação constante, o ABAQUS simplesmente mantém o último valor conhecido. Por exemplo, se o deslocamento for 30 mm, a força permanece constante em 200 N. Da mesma forma, se o deslocamento for -30 mm, a força permanece estável em -1000 N.
Extrapolação Linear
Por outro lado, com a extrapolação linear, o ABAQUS pega a última tendência linear e a continua. Por exemplo, se o deslocamento for 30 mm, ele calcula uma nova força usando a mesma inclinação da última interpolação linear. Então, inserindo os valores:
Dessa forma, mesmo quando se está fora da faixa medida, o ABAQUS nos fornece uma força calculada que segue a tendência dos dados.
Conclusão: Dominando Conectores Axiais no ABAQUS
Ao concluir nossa exploração de axial connectors no ABAQUS, mergulhamos em seu papel fundamental na simulação de conexões físicas, destacando cenários com rigidez linear ou não linear. Desde estabelecer os conceitos básicos até compreender as nuances da rigidez axial, testemunhamos como esses conectores respondem a comprimentos e forças variáveis.
Nossa jornada abordou possibilidades de extrapolação, oferecendo insights sobre a previsão do comportamento do conector além dos valores medidos. Embora tenhamos coberto aspectos-chave de conectores axiais com rigidez axial, há mais a descobrir. O próximo capítulo desvendará as complexidades dos conectores axiais com propriedades de amortecimento definidas.
Fique ligado para insights mais profundos, à medida que continuamos a explorar o potencial dos conectores axiais em diversas simulações de engenharia. A aventura continua, e as descobertas são ilimitadas!
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Este post foi originalmente criado em nosso outro blog learnFEA.com. Veja a versão original clicando aqui.
