Formulação dos efeitos da interação fluido-estrutura em elementos prismáticos, visando a determinação da instabilidade dinâmica devido a ação do vento

• Ano de defesa: 1995
• Autor(a) principal: Brito, Jose Luis Vital de
• Orientador(a): Riera, Jorge Daniel
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Vento; Pontes (Engenharia)
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/210712

As vibrações de corpos elásticos submetidos à ação do vento provocam modificações nas condições do escoamento, dando origem a forças aerodinâmicas que dependem principalmente dos deslocamentos e velocidades do corpo. Essas forças podem induzir fenômenos de instabilidade dinâmica e devem conseqüentemente ser consideradas nas equações de movimento de estruturas susceptíveis a efeitos de interação fluido-estrutura, tais como pontes de grande vão, linhas de transmissão e de torres altas e chaminés múltiplas. Uma estrutura prismática, exposta ao vento, produz uma esteira de vórtices mais ou menos periódica- vórtices de von Kármán -,que afeta a circulação e portanto o campo em tomo da estrutura. O principal resultado desta interação é o aparecimento de termos cruzados de origem aerodinâmica, e de efeitos não-lineares, no sistema de equações dinâmicas.Surge assim, em um sistema com dois ou mais graus de liberdade, a possibilidade de transferência de energia de um dos graus para o outro. Neste trabalho o problema é formulado para o caso de seções prismáticas sob escoamento bidimensional, determinando-se as equações linearizadas dos esforços aerodinâmicos, de particular interesse na análise estrutural. São considerados três graus de liberdade do corpo, os movimentos de rotação, o vertical e o horizontal, estendendo assim a teoria quase-estática, bem conhecida para dois graus de liberdade, ou seja, apenas para os movimentos vertical e de rotação. Assim, as equações resultantes para as forças e momentos aerolásticos são inicialmente obtidas para um escoamento suave, sendo a seguir particularizadas para o caso de restrição do movimento do corpo na direção do vento. Além de proporcionar um tratamento compreensivo do problema, a abordagem sugere um novo esquema experimental que permite a determinação diferenciada dos coeficientes aerodinâmicos no túnel de vento e oferece suporte às hipóteses quase-estáticas. Esse procedimento é, então, empregado na obtenção dos coeficientes de um perfil H sob escoamentos suave e turbulento. Os resultados são comparados com os valores obtidos através do enfoque utilizado por Scanlan e Tomko (1971) e Scanlan e Lin (1978), no qual o modelo é submetido a um escoamento bidimensional e vibra livremente. Desse modo, para que · se possa determinar de maneira satisfatória os esforços baseados nas duas formulações teóricas, foram montados dois experimentos distintos no túnel de vento TV-2 da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Em um deles, o modelo reduzido da viga foi colocado horizontalmente no túnel de vento e possuía apenas um grau de liberdade, a rotação em tomo do eixo que passa pelo centro da seção. No outro, o modelo reduzido com dois graus de liberdade foi suspenso através de oito molas, sendo quatro em cada extremidade, e introduzido horizontalmente no túnel de vento. Durante os experimentos, realizados com o procedimento quase-estático, o número de Reynolds, R e, esteve compreendido entre os valores de 1 O" < Re < 1 OS, enquanto que a razão de bloqueio do túnel variou de 3,9% para o ângulo de incidência a = ()<> , a 18,3% para a = 900. Os coeficientes determinados através deste método apresentaram boa concordância com os valores obtidos através do modelo de dois graus de liberdade e com os existentes na literatura para a mesma seção transversal.