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Título: Otimização do comportamento quase-estático de ligações com transferência de momentos de cavilhas em estruturas de madeira
Autor: Carvalho, Luís Miguel Magalhães Queiroz Morais de
Orientador: Dourado, Nuno Miguel Magalhães
Pereira, Fábio André Magalhães
Palavras-chave: Estruturas de madeira
Resistência dos materiais
Cavilhas
Data: 10-Mar-2014
Resumo: As regiões mais críticas em estruturas de madeira são os seus pontos de ligação, sendo que a resistência e durabilidade da estrutura dependem em larga medida do desempenho mecânico manifestado por estas ligações. De uma maneira geral, estas asseguram a transmissão de esforços entre elementos estruturais contínuos, sendo essencial que mantenham as condições de resistência e de rigidez que foram especificadas na fase de projeto. Com este estudo pretende-se avaliar o comportamento mecânico à flexão de uma viga de madeira de pinho composta em altura, obtida por empilhamento de dois segmentos daquele material, com as mesmas dimensões, ligados entre si por meio de cavilhas de madeira. O desempenho desta solução foi comparado com o decorrente de uma ligação clássica, que emprega um adesivo estrutura a toda a extensão da área de contacto entre as peças de madeira. A intensão de se proceder à substituição do adesivo estrutural, por cavilhas discretamente posicionadas ao longo do comprimento da viga, teve por objetivo propor uma solução alternativa, que dispense a utilização massiva de adesivo, com um desempenho mecânico similar. A par desta comparação, o presente estudo pretende ainda perceber a influência da inclinação das cavilhas responsáveis pela ligação, no comportamento mecânico das vigas, analisando quatro inclinações diferentes. Ao longo deste estudo, os ensaios mecânicos foram também recriados por simulações numéricas, recorrendo a modelos de elementos finitos tridimensionais. Procurou-se modelar as ligações e as regiões de dano, recorrendo a modelos de dano coesivo, com elementos finitos de interface e um modelo de plasticidade, de modo a obter um acordo numérico-experimental satisfatório. A inclinação das cavilhas demonstrou ter um efeito significativo no desempenho da solução de ligação proposta neste estudo. A abordagem baseada no modelo de dano coesivo aliada à introdução de plasticidade mostrou ser satisfatória, uma vez que recorrendo aos parâmetros de fratura da madeira, permitiu descrever de forma fidedigna a iniciação e a propagação do dano nas séries testadas. Parte dos modelos testados revelaram capacidade de prever tanto a rigidez inicial como a carga máxima obtida nos ensaios mecânicos.
The most critical regions in wooden structures are their connection points, the strength and durability of the structure depends largely on the mechanical performance shown by these connections. In general, ensure transmission of efforts between continuous structural elements it is essential to maintain the conditions of resistance and stiffness that were specified in the design phase. This study aims to assess the mechanical bending behaviour of a beam of pine wood, obtained by stacking two segments of that material with the same dimensions, linked together by wooden pegs. The performance of this solution was compared with the result of a classical connection that employs a structural adhesive in the entire length of the contact area between the wood pieces. The intention of proceeding with the replacement of structural adhesive, by wood pegs discreetly positioned along the length of the beam, aimed to propose an alternative solution, which waives the massive use of adhesive, with similar mechanical performance. Alongside this comparison, this study also aims to understand the influence of the slope of the pegs in the mechanical behaviour of beams, analysing four different inclinations. Throughout this study, the mechanical tests were also recreated by numerical simulations, using three-dimensional models by the finite element method. We tried to model the connections and the regions of damage, using cohesive damage models with finite interface elements in order to obtain a satisfactory numerical-experimental agreement. The slope of the pins shown to have a significant effect on the performance of the bonding solution proposed in this study. The damage-based cohesive model approach combined with the introduction of plasticity showed to be satisfactory, since by using the parameters of wood fracture, allowed to describe reliably the initiation and propagation of damage in the tested series. Part of the tested models showed ability to predict the initial stiffness and the maximum load obtained in the mechanical tests.
Descrição: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10348/3008
Tipo de Documento: Dissertação de Mestrado
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