Como a análise de cabo não linear difere da análise linear?

Elementos de cabos usados ​​em software estrutural são muito úteis ao lidar com pontes estaiadas, pontes suspensas, redes de cabos e postes/torres estaiados. Contudo, os cabos são muito difíceis de modelar e analisar devido às suas características altamente não lineares. Os cabos geralmente se assemelham a fios de aço finos ou cordas que são muito flexíveis, muitas vezes sofrendo grandes deflexões. Por estas razões, uma análise linear-estática não é apropriada e pode levar a resultados extremamente imprecisos.

Elementos de Cabo Catenária

Um bom software de análise estrutural incluirá a capacidade de modelar estruturas usando um elemento de cabo dedicado. Alguns softwares não suportam diretamente elementos de cabo, mas sugerem que os cabos sejam modelados usando uma série de elementos de treliça somente de tensão. Contudo, para que os elementos de treliça sejam remotamente precisos neste cenário, o usuário é obrigado a inserir posições nodais iniciais para estimar a forma deformada do cabo. Como se pode imaginar, isso muitas vezes se torna uma tarefa difícil no caso de flacidez e pré-tensão. além disso, se um engenheiro tentar modelar um elemento de cabo usando um membro de viga com rigidez de flexão fraca (eu_com e eu_Y), então a deflexão será grande sem qualquer aumento na força axial quando uma carga transversal for aplicada. Claramente não é assim que os cabos se comportam. Um elemento de cabo catenária verdadeiro levará em conta a mudança na geometria devido ao carregamento transversal e "converter" esta ação em tensão axial. Por isso, um único elemento de cabo de catenária pode modelar o comportamento de um cabo com maior precisão e conveniência do que um elemento de viga ou vários elementos de treliça.

Um único elemento de cabo catenária mostrando deflexão devido a um UDL.

Atributos exclusivos dos cabos

Os cabos são especiais porque só tem rigidez axial que suporta a tensão. Isso significa que eles não têm flexão, capacidade de cisalhamento ou torção. Além disso, à medida que as cargas dos cabos aumentam, eles tendem a se tornar mais rígidos e são capazes de suportar quantidades maiores.

Como uma análise não linear beneficia os cabos?

Como dito acima, os cabos são geometricamente não lineares porque são altamente elásticos e flexíveis, assim grandes deflexões são comuns quando os cabos estão envolvidos. Em uma análise linear-estática, as equações de equilíbrio são baseadas na geometria não deformada antes da cargas são aplicadas. Contudo, se a deformação for grande (como quando existem cabos), é necessário considerar o equilíbrio em estados deformados. Imagine que à medida que as cargas são aplicadas, eles mudam de direção à medida que a estrutura se deforma e gira. Você pode ver um exemplo disso na imagem abaixo. Se a viga sofrer uma pequena deflexão, então o caminho das cargas permanecerá constante à medida que a viga deflete. Contudo, se o feixe estiver desviando e girando significativamente, as cargas tornam-se diagonais em vez de verticais. Os cabos apresentam comportamento semelhante quando se deformam e, portanto, é necessária uma análise geometricamente não linear.

A direção das cargas muda quando a deflexão é grande, tornando uma análise linear-estática inadequada.

A dificuldade com a modelagem de cabos geralmente decorre de problemas de convergência. As análises não lineares são iterativas, então a solução pode divergir.

SkyCiv Structural 3D: Cabos Catenária

A boa notícia é que o SkyCiv agora pode analisar cabos de catenária por meio de análise não linear usando a teoria de grandes deslocamentos. Na v2.1 de SkyCiv Structural 3D, os usuários agora poderão modelar cabos usando um elemento de cabo catenária verdadeiro. Nossos clientes também podem controlar o pré-tensionamento e a flacidez do cabo especificando um (ou sem tensão) comprimento do cabo.   Espero que este artigo tenha informado você sobre a análise de cabos de catenária e suas características únicas. Se você tiver alguma dúvida sobre sua modelagem ou análise, por favor, não hesite em entrar em contato com nossa equipe de suporte!

Não tentei SkyCiv? Comece gratuitamente hoje!

Cadastre-se gratuitamente