Nem todos os pontos de tensão estão associados às singularidades de tensão. Refinar localmente a malha nas regiões de tensão pode eliminar esses pontos de tensão atribuídos às concentrações de tensão que são não singulares.
Um comportamento característico de uma singularidade de tensão é que o valor de tensão continua aumentando com o refinamento de malha (localmente com o uso de controles de malha ou globalmente com a edição da malha) e diverge teoricamente para o infinito. Se as tensões nos pontos de tensão não aumentarem com o refinamento de malha e a convergência na direção de um valor finito, elas serão um indicador de concentrações de tensão (áreas de tensões altas "legítimas").
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| Tensões divergentes próximas a cantos com reentrâncias agudas, à medida que a malha é refinada, indicam singularidades de tensão. |
As concentrações de tensão são caracterizadas por gradientes de tensão relativamente grandes em relação a elementos adjacentes em uma área localizada de um modelo. Os gradientes de alta tensão atribuídos a concentrações legítimas de tensão farão a convergência para um valor limite, contanto que a malha seja suficientemente refinada. Eles ficam visíveis onde há alterações na geometria, como presença de um furo em uma placa, nos limites em que diferentes materiais estão presentes e em pontos onde os corpos entram em contato.
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| Tensões convergentes próximas ao furo, à medida que a malha é refinada, indicam concentrações de tensão. |
Você pode encontrar dados tabulados na literatura com fatores de concentração de tensão de tensão máxima / tensão nominal para problemas com soluções analíticas (Young, W., Budynas, R., (2001), Roark’s Formulas for Stress and Strain, Chapter 17 – Stress Concentration Factors for Elastic Stress (Kt))
Recomendações para tratar singularidades de tensão
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Para diferenciar as singularidades de tensão das concentrações de tensão legítimas, refine a malha global ou localmente nas regiões em que os pontos de tensão são detectados. Quando você executar novamente a ferramenta de diagnósticos de ponto de tensão, as áreas de concentrações de tensão deverão ser filtradas, e os pontos de tensão remanescentes apontarão para as singularidades de tensão. Observe que, no mundo físico, as singularidades de tensão não ocorrem, visto que o material escoará ou rachará quando as tensões excederem o limite de resistência máxima do material.
- Adicione filetes às arestas agudas e aos cantos "arredondados" em que os gradientes de alta tensão ocorrem. Os filetes distribuem a tensão sobre uma área mais ampla e aumentam efetivamente a capacidade de suporte de carga de peças. Lembre-se que, no mundo real, um "canto agudo" sempre terá um raio do filete pequeno.
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| Distribuição de tensão irregular em arestas agudas. |
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| Distribuição de tensão suave no canto filetado. |
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Evite aplicar cargas nos vértices ou ao longo de arestas, se possível. Distribua a carga para as áreas afluentes corretas no modelo para se aproximar da forma mais precisa possível das condições de carga reais. Lembre-se de que até mesmo se a carga for aplicada como uma carga de ponto singular criando uma singularidade de tensão (σ = P/A e A=0 → σ=∞), a distribuição da tensão a alguma distância da carga aplicada ainda estará correta. Isso é baseado no princípio de Saint Venant, que afirma que a diferença entre os efeitos de duas cargas diferentes, mas estaticamente equivalentes, torna-se muito pequena em distâncias suficientemente grandes da carga.
- As singularidades de tensão podem poluir distribuições de tensão apenas localmente. Você pode ignorar essas áreas localizadas das singularidades de tensão, especialmente se elas não estiverem perto da área de interesse de sua simulação, e examinar os resultados de tensão mais distantes, que devem permanecer "despoluídos".