Enunciado

Para a viga e o carregamento mostrados no Prob. 9.120, determine o valor de w para o qual a deflexão é zero no ponto médio C da viga. Use E = 200 GPa.

Passo 1

Opaa! Fala pessoal, beleza? Bora pra mais um?! Para resolver esse exercício, vamos utilizar o método do momento de área. Para isso vamos precisar desenhar o diagrama M/EI para a viga. Depois disso, sabemos que a área entre dois pontos sob a curva M/EI representa a inclinação entre esses dois pontos. E para obter a deflexão, vamos utilizar o teorema do segundo momento de área, que nos fornece o desvio tangencial entre dois pontos. Sabendo disso, temos tudo o que precisamos para resolver o exercício, então bora lá!

Passo 2

Tá legal, vamos começar encontrando a força nos apoios, nesse caso, como temos um carregamento simétrico aplicado na viga, a reação nos apoios será igual a metade da carga aplicada, ou seja:

A y = E y = w ( 10 ) 2 → A y = E y = 5 w

Para encontrar o momento nos pontos A e C, vamos desenhar DCL para uma seção da viga de comprimento 0 < x < 5   m , onde teremos:

Então, nesse caso, aplicando o somatório de momento em relação ao ponto F, teremos:

+ ↺ ∑ M F = 0

M + 40 - 5 w x + w x x 2 = 0 → M = - w x 2 2 + 5 w x - 40

Agora nós vamos separar os momentos em três partes. A primeira é a parte constante igual a -40, essa será uma das áreas do diagrama M/EI. A segunda parte é referente ao momento causado pela reação de apoio, correspondente a 5wx. E por último temos a parte parabólica. Então, teremos:

M 1 = - 40   0 < x < 5   m

M 2 = 5 w x   ( 0 < x < 5   m )

M 3 = - w x 2 2   ( 0 < x < 5   m )

Passo 3

Agora vamos calcular os momentos nos pontos A e C, onde teremos:

M 1 A = M 1 C = - 40   k N . m

M 2 A = 0

M 2 B = 5 w 5 → M 2 B = 25 w

M 3 A = 0

M 3 C = - w 5 2 2 → M 3 C = - 12,5 w   k N

Então nosso diagrama M/EI será:

Passo 4

Agora, antes de calcular as áreas sob o diagrama, precisamos calcular o termo EI que fica no denominador, consultando o apêndice C, teremos o seguinte momento de inércia para o nosso perfil de viga:

I = 128.10 6   m m 4 = 128.10 - 6   m 4

Então o termo EI será:

E I = 200.10 9 128.10 - 6 → E I = 25,6.10 6   N . m 2 = 25600   k N . m 2

Então, agora vamos calcular as áreas que encontramos e os seus centroides, só lembrando que vamos precisar somente da área entre os pontos AB e entre BC, então teremos:

A 1 = b h = 5 - 40 25600 → A 1 = - 7,812.10 - 3

x - 1 = b 2 = 5 2 → x - 1 = 2,5   m

A 2 = b h 2 = 5 25 w 25600 2 → A 2 = 2,441 . 10 - 3 w

x - 2 = b 3 = 5 3 → x - 2 = 1,667   m

A 3 = b h 3 = 5 - 12,5 w 25600 3 → A 3 = - 0,8138 . 10 - 3 w

x - 3 = b 4 = 5 4 → x - 3 = 1,25   m

Passo 5

Beleeeza! Agora, sabemos que a deflexão entre dois pontos será dada através do teorema do segundo momento de área, que é dado por:

t C / A = A C A x -

Em que A C A é a área embaixo da curva M / E I e x - é a distância do centroide da área até o eixo vertical que passa pelo ponto de interesse, que no nosso caso é o ponto A. Então, utilizando as áreas que temos no nosso diagrama M / E I , teremos:

t C - t A = A 1 x - 1 + A 2 x - 2 + A 3 x - 3

Sabendo que não temos deflexão em A devido ao apoio e substituindo os valores conhecidos, teremos:

0 - 0 = - 7,812.10 - 3 2,5 + 2,441.10 - 3 w 1,667 + - 0,8138.10 - 3 w 1,25

w = 6,4   k N / m

Tooop! Terminamos mais um!!

Resposta

w = 6,4   k N / m

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