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Martins Nogueira, Vinícius Torres Pinto, Luiz Alberto Oliveira Rocha, Elizaldo Domingues dos Santos and Liércio André Isoldi Right click to download the paper PDF (550K) Abstract: This study applied the Constructal Design Method (CDM) associated with the Finite Element Method (FEM) through computational models to perform a geometric analysis on rectangular stiffened plates of steel subjected to a uniform transverse loading, in order to minimize its maximum and central out-of-plane deflections. Considering a non-stiffened plate as reference and maintaining the total volume of steel constant, a portion of material volume deducted from its thickness was transformed into stiffeners through the ϕ parameter, which represents the ratio between the material volume of the stiffeners and the reference plate. Adopting ϕ = 0.30, 27 geometric arrangements of stiffened plates were established, being 9 arrangements for each 3 different stiffeners' thicknesses adopted: ts = 6.35 mm, ts = 12.70 mm and ts = 25.40 mm. For each ts value, the number of longitudinal (Nls) and transverse (Nts) stiffeners were varied from 2 to 4. Thus, in each plate arrangement configured, the influence of the ratio between the height of the transverse and longitudinal stiffeners (hts/hls) was analyzed, taking into account the values 0.50; 0.75; 1.00; 1.25; 1.50; 1.75 and 2.00, regarding to the maximum and central deflections. The results have shown that transforming a portion of steel from a non-stiffened reference plate into stiffeners can reduce the maximum and central deflections by more than 90%. Moreover, it was observed that to reduce the deflections it is more effective consider hts > hls, once the ratio hts/hls = 2.00 was the one that led to the better mechanical behavior among the analyzed cases.

Placas finas de aço com enrijecedores são amplamente utilizadas em estruturas navais, construção civil e aeronáutica. Essas placas têm como característica o seu baixo valor de espessura em relação a sua largura e comprimento. Um parâmetro fundamental na análise dessas estruturas é a sua deflexão quando sujeita a um carregamento. Nessa pesquisa foram analisadas placas retangulares com enrijecedores, sujeitas a uma carga transversal uniformemente distribuída. O cálculo analítico dessas estruturas é complexo e limitado a casos específicos mais simples, sendo assim, necessária a utilização da modelagem computacional para a determinação da distribuição de deflexões. As simulações numéricas foram realizadas através do software ANSYS®, que utiliza o Método dos Elementos Finitos (MEF), com emprego do elemento bidimensional SHELL281 de 8 nós com malha regular formada por quadriláteros. As diferentes configurações geométricas analisadas foram determinadas através do uso do Método Design Construtal, que transformou parte da espessura de uma placa de referência (sem enrijecedores) em enrijecedores, dispostos nas direções longitudinal e transversal. Essas diferentes configurações geométricas foram simuladas numericamente, caracterizando uma avaliação pela técnica de Busca Exaustiva, permitindo então a análise da influência dos parâmetros geométricos na deflexão da placa. Os resultados obtidos indicam que o aumento na altura dos enrijecedores transversais é mais relevante do que dos longitudinais, implicando em uma melhoria na resistência à deflexão da placa no que tange os deslocamentos máximos e centrais. Além disso, a geometria otimizada resultou em uma redução de 97,92% na deflexão máxima e 98,81% na deflexão central em relação à placa de referência.