Análise estrutural de perfil do tipo c submetido a esforços de torção e flexão por métodos analítico, numérico e experimental

Abstract

Este trabalho analisa o comportamento estrutural de um perfil do tipo C de parede fina submetido a esforços combinados de torção e flexão por meio de abordagens analítica, numérica e experimental, com o objetivo de determinar e validar a posição do Centro de Esforço Cortante (CEC) e avaliar a distribuição de tensões e deformações na seção. A metodologia é estruturada em três etapas complementares. A etapa experimental utiliza extensômetros elétricos de resistência instrumentados na superfície da viga e integrados a um sistema de aquisição de dados com ponte de Wheatstone, permitindo medir deformações longitudinais e de cisalhamento sob diferentes condições de carregamento, inclusive com aplicação da força fora e sobre o CEC. A etapa analítica aplica a teoria clássica de perfis de paredes finas para determinar o fluxo de cisalhamento e a posição teórica do CEC a partir das condições de equilíbrio estático e das propriedades geométricas da seção. A etapa numérica emprega o Método de Elementos Finitos para modelar o perfil do tipo C, reproduzindo as mesmas condições de contorno e carregamento adotadas nos ensaios experimentais, possibilitando a obtenção de campos de tensão e deformação para comparação. Os resultados demonstram coerência entre os métodos empregados, apresentando boa correlação entre as medições experimentais, as formulações analíticas e as simulações computacionais, com variações atribuídas a simplificações de modelagem e incertezas experimentais. Conclui-se que a integração entre extensometria, teoria estrutural e modelagem numérica constitui uma abordagem robusta e confiável para a validação estrutural de perfis abertos de parede fina, contribuindo para aplicações seguras e precisas no contexto da engenharia aeronáutica.

This study analyzes the structural behavior of a thin-walled C-section profile subjected to combined torsion and bending loads through analytical, numerical, and experimental approaches, aiming to determine and validate the Shear Center location and evaluate stress and deformation distribution within the section. The methodology is structured into three complementary stages. The experimental stage employs electrical resistance strain gauges installed on the beam surface and integrated into a Wheatstone bridge data acquisition system, enabling the measurement of longitudinal and shear strains under different loading conditions, including load application both outside and at the Shear Center. The analytical stage applies the classical thin-walled beam theory to determine shear flow distribution and calculate the theoretical Shear Center position based on static equilibrium conditions and geometric properties of the section. The numerical stage uses the Finite Element Method to model the C-section profile, reproducing the same boundary conditions adopted in the experimental tests, allowing the evaluation of stress and deformation fields for comparison. The results demonstrate strong consistency among the adopted methods, showing good agreement between experimental measurements, analytical formulations, and numerical simulations, with deviations attributed to modeling simplifications and experimental uncertainties. The study concludes that the integration of extensometry, structural theory, and computational modeling provides a robust and reliable framework for structural validation of thin-walled open sections, contributing to safe and accurate applications in aeronautical engineering