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Nov 27, 2023

Investigación experimental de cuatro

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 7275 (2022) Citar este artículo

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Las estructuras conformadas en frío de paredes delgadas eran, y siguen siendo, elementos estructurales muy populares utilizados en la ingeniería mecánica. La tecnología moderna y el progreso en la ingeniería de materiales permiten fabricar varias formas de componentes formados en frío de paredes delgadas. Por lo tanto, las combinaciones entre las posibilidades tecnológicas, las propiedades de los materiales, las cargas y los requisitos de ingeniería son amplias e ilimitadas para los componentes de paredes delgadas. El objetivo de este artículo es realizar un estudio experimental de vigas de acero con canal en C formadas en frío bajo cargas de flexión en cuatro puntos en función de los fenómenos de pandeo global y local. Se desarrolló un banco de pruebas con un sistema de soporte especialmente diseñado para someter vigas de acero de paredes delgadas a una carga de flexión en cuatro puntos, donde el soporte y las cargas se aplicaron al centro de corte de la viga de acero de sección abierta. Se muestra que no es posible eliminar por completo la carga de torsión en una viga de pared delgada con una sección abierta donde la carga y el apoyo se aplican en el centro de corte debido a que las vigas investigadas no fueron fabricadas de manera ideal. Las vigas de sección abierta de paredes delgadas son muy sensibles a las condiciones de contorno y la precisión geométrica. La fuerza de gravedad también está trabajando. La metodología de investigación presentada puede mejorarse y probarse con otras vigas de paredes delgadas de sección abierta.

Las ventajas de las estructuras conformadas en frío de paredes delgadas sobre las secciones metalúrgicas clásicas son tales que las construcciones con propiedades de durabilidad similares son mucho más livianas. Además, los componentes de pared delgada conformados en frío tienen menos limitaciones considerando el proceso de formación. El desarrollo tecnológico del año pasado brindó posibilidades para casi cualquier conformado en frío de piezas de acero. Los métodos analíticos con vigas y varillas de pared delgada de sección abierta se originaron a partir de la teoría de Vlasow (1940), donde los supuestos de pequeños desplazamientos y las propiedades lineales entre la tensión y las deformaciones forman la base para las dependencias matemáticas formuladas. La teoría de vigas de sección abierta de paredes delgadas se basa en supuestos de teoría de placas y láminas largas, donde la rigidez estructural, la estabilidad global y local tienen un papel clave durante el diseño. Timoshenko y Gere1 describen la introducción a la estabilidad teórica de barras, láminas, placas y otras estructuras. Hoy en día, hay muchos trabajos de investigación en los que la resistencia y la estabilidad de las estructuras de paredes delgadas son de interés para ingenieros y científicos.

La estabilidad de vigas de pared delgada con sección abierta fue estudiada por Magnucki et al. y Magnucka-Blandzi y Zając2. Magnucki et al.3 en su monografía describieron problemas de estabilidad en problemas de mecánica aplicada. Describieron la estabilidad de modelos estructurales básicos como barras, vigas y sistemas conectados de barras estructurales. Presentaron a fondo la estabilidad de placas delgadas rectangulares o circulares y conchas giratorias. Su trabajo incluye un capítulo sobre la estabilidad de vigas de paredes delgadas con secciones abiertas. Los autores aplicaron métodos basados ​​en la energía a los estudios analíticos, presentando un problema práctico para los problemas de los tanques de acero. Presentaron ejemplos prácticos de la aplicación del método de elementos finitos y modernos experimentos de prueba de estabilidad. Anbarasu4, 5 también analizó el tema de la estabilidad de la estructura de paredes delgadas. Presentó los resultados del comportamiento de pandeo del canal con labio de paredes delgadas de acero conformado en frío. Se desarrolló un método de investigación experimental y computacional. Se sometió a un modelo numérico la interacción de los modos de pandeo investigados, tales como local, distorsionado, lateral y torsional. Se estimó la resistencia última y el momento flector adecuado. Anbarasu5 en su investigación ignoró las tensiones residuales y aplicó un modelo de material plástico elástico perfecto sin endurecimiento por deformación. La fórmula analítica propuesta, donde se estimaron las interacciones entre los modos de pandeo, puede ser una herramienta de diseño interesante para los ingenieros.

Anbarasu en al.6 y Dar en al.7 presentaron los resultados de un estudio experimental de vigas de acero de pared delgada construidas a partir de canales, donde las alas tienen una curva en forma de banda, los llamados canales con labios, colocados con almas entre sí con una cierta distancia y placas de acero conectadas a las bridas del canal mediante tornillos autorroscantes con arandelas. Las vigas ensayadas fueron sometidas a flexión en 3 y 4 puntos. Las vigas probadas que consistían en canales de acero y alas de placa eran un sistema simétrico, donde tanto la dirección de las fuerzas de reacción como la carga estática intersectaban el centro de gravedad de la sección y el centro de fuerzas transversales. Se soldaron placas de acero a los extremos de las vigas para evitar la deformación de la sección durante la prueba. Los autores señalaron el pandeo local que caracteriza a las estructuras de paredes delgadas designadas como CFS. En otro artículo8, los autores presentaron los resultados de una serie de ensayos experimentales de vigas mixtas CFS rectangulares con ala comprimida, mostrando una mayor rigidez de estas estructuras en comparación con las soluciones convencionales. Otro estudio experimental9 de estructuras CFS de paredes delgadas que fueron reforzadas con secciones angulares para aumentar la rigidez de la estructura y la capacidad portante de la viga. Se investigaron vigas con secciones abiertas y cerradas en configuración de flexión de cuatro puntos para diferentes sistemas de refuerzo. El documento señala que la selección adecuada de los elementos de refuerzo aumenta la capacidad de carga y la rigidez de una viga fabricada con tecnología CFS del 85 al 100 %. En el siguiente artículo, Ambaransu10 presentó los resultados de un estudio de simulación de vigas con secciones cerradas realizadas con tecnología CFS. Refiriéndose a los datos de la literatura de los estudios experimentales, llevó a cabo la validación del modelo de simulación en el software Abaqus. Los ensayos se realizaron para diferentes formas de sección transversal de las vigas y diferentes espesores de los elementos de inserción de las vigas de acero CFS.

El estudio experimental de problemas de pandeo para vigas de sección en I asimétrica fue realizado por Balasubramanian et al.11. Los resultados obtenidos fueron verificados por el método FEM. La metodología experimental presentada se probó para diferentes partes de sección transversal bajo cuatro puntos de flexión por fuerzas de carga en dos pintas en el plano de la brida. Se especificó la carga crítica para cada miembro probado. Belingardi et al.12 investigaron experimentalmente vigas de caja de sombrero de copa de paredes delgadas de acero, donde se aplicaron juntas adhesivas entre las partes conectadas. Se utilizó la flexión de tres puntos bajo carga. Se investigaron los comportamientos de los tres tipos de miembros. Se utilizó una placa laminada compuesta durante la prueba como una capa entre la muestra y el miembro de paredes delgadas. La interacción entre los modos de pandeo de vigas para flexión en cuatro puntos fue desarrollada por Shokouhian et al.13 de forma experimental, analítica y por el método de elementos finitos. Ziółkowski et al.14 investigaron el pandeo y el pandeo posterior de columnas de aluminio con listones de pared delgada sometidos a fuerzas de compresión. Durante las pruebas experimentales, el control del desplazamiento de las fuerzas de compresión fue una nueva propuesta de investigación. Los especímenes hechos de aluminio utilizados para las pruebas experimentales se hicieron geométricamente muy precisos, lo que resulta ser un factor muy importante en la investigación experimental en estructuras de paredes delgadas. Las propiedades mecánicas de las columnas de aluminio también se determinaron con precisión con cambios en la estimación de la relación de Poisson. Durante el experimento, los autores utilizaron galgas extensométricas de prueba pegadas en lugares críticos para designar el pandeo del plástico. Como resultado del pandeo experimental de las columnas de aluminio, se produjo un pandeo elástico e inelástico. Los autores dividieron los especímenes considerados según su esbeltez y mecanismo de pandeo.

Un artículo interesante de Rusiński et al.15 describe los problemas de estabilidad de las estructuras de paredes delgadas, donde las partes de chapa de acero de la estructura de paredes delgadas se unieron mediante soldadura por puntos. Los autores investigaron de forma experimental y computacional mediante el método FEM piezas de sección cerrada de paredes delgadas bajo cargas de compresión axial. El diámetro de la soldadura y el paso de la soldadura se controlaron para la cantidad de absorción de energía. Todos los elementos estructurales se fijan mediante diversas técnicas. El método de conexión aplicado, la tecnología y las condiciones de explotación pueden tener un papel clave en la vista de las características de absorción de energía de la estabilidad estática y dinámica de las estructuras de paredes delgadas. Las estructuras de paredes delgadas tienen las ventajas prácticas añadidas de disipar energía mecánica. Calderoni et al.16 realizaron un estudio experimental de vigas de acero conformadas en frío de paredes delgadas sujetas a cargas monotónicas y cíclicas. La investigación experimental dinámica se basó en cambios de amplitud de desplazamiento. Durante las pruebas monótonas se midieron las fuerzas de reacción y el desplazamiento de la muestra. Con base en las características recibidas de la fuerza y ​​las dependencias de desplazamiento, se separaron fases particulares. Lo que se pudo observar es una fase de estado estable, fuerza crítica por pandeo local y estado inestable por colapso de la sección ensayada. Para la prueba cíclica se observó que el comportamiento de las vigas investigadas se caracterizó por una reducción progresiva de la capacidad de carga. Por lo general, el pandeo local de las bridas conduce a la destrucción de la pieza.

En el artículo de He et al.17, se investigaron vigas de sección abierta de paredes delgadas para detectar problemas de pandeo. Se han utilizado dos métodos para el análisis de tres miembros de forma de sección transversal diferentes: el método semianalítico de matriz de transferencia de tiras finitas y el método de matriz de transferencia. Los resultados obtenidos se compararon con la simulación del método de elementos finitos. Los autores describieron ampliamente la evolución de los métodos numéricos y los diferentes conceptos que se aplicaron en el análisis de pandeo. Elementos investigados: sección en E asimétrica, sección en I simétrica y sección en X se comparan y discuten las estrategias propuestas y los resultados de pandeo. El efecto de la imperfección en la estructura formada en frío de paredes delgadas perforadas fue investigado por Ungureanu et al.18. Las investigaciones experimentales fueron complementadas por los autores con simulaciones numéricas utilizando el método de elementos finitos. Los autores concluyeron que para garantizar la estabilidad de las estructuras conformadas en frío de paredes delgadas, es necesario realizar adicionalmente un análisis de confiabilidad que pueda producir resultados para una probabilidad de falla determinada. Kato et al.19 abordaron un estudio experimental del efecto Bauschinger en una lámina de acero delgada de 1 mm de espesor sometida a pruebas de tracción y de flexión en cuatro puntos. La prueba de tracción se usó para la implicación de tensión residual en las muestras, luego se usaron medidores de tensión de alambre durante la investigación experimental y las cargas de flexión. Como resultado, el nivel de tensión y deformación residual es lo que puede ser importante para los ingenieros de estructuras de paredes delgadas cuando las cargas dinámicas o la carga y descarga cíclica son condiciones de explotación.

Cabe señalar que la investigación anterior representa solo una pequeña parte de la investigación que se refiere al campo del uso de vigas de pared delgada con una sección abierta como elementos absorbentes de energía de las barreras de seguridad. Las vigas de paredes delgadas también se utilizan como elementos de absorción de energía en la construcción de vehículos como protección pasiva. Los autores del artículo Vignjevic et al.20 presentaron los resultados de la investigación sobre problemas de estructuras de estabilidad en la seguridad de los vehículos. Las estructuras de paredes delgadas formadas en frío se aplican comúnmente en estructuras de carrocerías de automóviles. La carrocería de los vehículos modernos está diseñada con un enfoque en la seguridad pasiva del vehículo. Durante un choque las cargas tienen diferentes direcciones, intensidad y lugar de aplicación. La primera etapa de la destrucción de la estructura es la deformación elástica lineal, luego la deformación plástica y el pandeo, el desgarro del material y la destrucción de las juntas. El autor Vignjevic20 notó que la rigidez de la estructura de paredes delgadas del cuerpo disminuye durante la carga de impacto. La observación valiosa es una limitación de la teoría de vigas porque la deformación de la estructura dinámica de paredes delgadas depende directamente de las propiedades del material, el proceso de fabricación y el diseño. En el artículo, Vignjevic20 se centró en la absorción de energía por estructuras de paredes delgadas, como vigas rectangulares bajo destrucción por flexión profunda uniaxial y biaxial. La investigación dinámica de estructuras de paredes delgadas parece un área de investigación necesaria.

Los autores Obst et al.21 estudiaron experimental y analíticamente vigas de acero de pared delgada con una sección abierta, los puntos de ajuste y los puntos de carga estaban en un plano de alma y se usaron diafragmas adicionales. En otro artículo, los autores Obst et al.22 también presentaron un estudio de estabilidad de una viga de sección abierta de pared delgada sujeta a flexión en cuatro puntos. Las condiciones de contorno tienen un papel clave en la estabilidad de las estructuras de paredes delgadas. Las vigas investigadas bajo flexión de cuatro puntos fueron cargadas y colocadas en el centro de gravedad de la sección transversal de la viga.

En este artículo, los autores presentaron el resultado de la investigación experimental de tres tipos de vigas de acero de sección abierta en forma de C que fueron soportadas y cargadas en el centro de corte por manijas especiales. Los mangos utilizados durante la investigación experimental consistieron en: pasador cilíndrico, anillo ajustado al pasador y ménsula atornillada al alma de la viga. La distancia entre el centro del anillo y el alma de la viga determinó la ubicación del centro de corte calculado para una forma de sección transversal determinada. En la Fig. 1, 2, 3 manijas son visibles.

Placas rígidas de acero del alma y bisagra que permiten fijar y cargar la viga en el centro de cortante.

doblando

Esquema de colocación de galgas extensiométricas (A1, A2, A3) y sensores de desplazamiento (B).

Para la investigación experimental, se utilizaron tres vigas de acero conformadas en frío de sección transversal en forma de C diferentes, como se muestra en la Fig. 4. Durante el experimento, el espécimen de la viga se fijó mediante un sistema de soporte especial donde se aplicó la flexión de cuatro puntos. Además, se aplicaron puntos fijos y puntos de fuerza al centro de corte de la viga de pared delgada probada. Se preparó una investigación experimental para vigas con las siguientes dimensiones transversales y longitudinales (Tabla 1).

Dimensiones de la sección transversal de la viga.

El esquema de carga de la viga y sus dimensiones se dan en la Fig. 5. Los puntos de ajuste y los puntos de carga de las vigas de muestra fueron un dispositivo especial montado en el alma de la viga mediante placas de acero rígidas y tornillos presentados en la Fig. 1. La regulación simple dio posibilidades para posición de bloqueo en el centro de corte de las vigas de muestra de sección abierta. Se preparó una investigación experimental para dos sistemas de ajuste: sin y con diafragma, como se muestra en la Fig. 2.

Esquema de carga y dimensiones longitudinales de la viga.

Los ensayos experimentales se prepararon y ejecutaron en la máquina de ensayo de tensión de tracción Zwick Z100, equipada con un sistema adicional de vigas rígidas y un ajuste que permitió realizar la flexión en cuatro puntos de una muestra de paredes delgadas con condiciones límite de centro de corte. Cada viga de muestra probada estaba equipada con galgas extensiométricas conectadas a la esquina y al centro del alma (Figs. 3, 6) y al centro del ala de la viga.

Galgas extensiométricas conectadas al alma y la brida de la muestra.

Además de la red de muestras, se instalaron sensores de desplazamiento inductivos que midieron el desplazamiento en cuatro puntos de las esquinas de las placas de acero rígidas de la red, como se muestra en las Figs. 3 y 7.

Sensores de desplazamiento aplicados a cuatro puntos de placas rígidas de acero.

Se utilizaron sensores de desplazamiento aplicados a las placas rígidas del alma de la muestra para analizar la rotación de la sección transversal de la muestra durante el aumento de la carga. Las vigas investigadas cargadas y colocadas en el centro de corte deben estar bajo un momento de flexión puro, lo cual es difícil de realizar en condiciones experimentales reales.

Durante la prueba experimental, se investigaron tres vigas de diferentes formas de sección transversal. La velocidad transversal de la máquina de tracción fue \(5\ {\text{mm/min}}\) y la fuerza inicial igual a \(0,5\ {\text{kN}}\). Todos los especímenes fueron apoyados y cargados en el centro de corte del espécimen por un mango especial. La distancia del centro de corte desde el alma se determinó analíticamente para una sección transversal dada de la viga de pared delgada. La posición del centro de corte se midió con una precisión de \(0,1\ {\text{mm}}\). El error en el posicionamiento físico del centro de corte existe y resulta de la precisión de la medición de la distancia desde el alma así como de la precisión de la fabricación de la viga, por ejemplo, la rectitud longitudinal de la viga. El espécimen probado estaba bajo cuatro puntos de flexión como se muestra en la Fig. 2a. Cargas estáticas crecientes aplicadas por la máquina de ensayo de tracción Zwick Z100 desde cero hasta el punto de pandeo hasta el colapso de las vigas. Se observó el inicio del pandeo y la destrucción por flexión donde las alas inferiores comienzan a arrugarse como se muestra en la Fig. 8. Se observó torsión de las vigas durante el ensayo y se muestra en la Fig. 9.

Forma de C sin refuerzo, ala de caja doble y una viga de caja después de la pérdida de estabilidad.

Deformación de la viga de sección transversal durante el experimento de flexión de cuatro puntos.

La investigación experimental investigó tres vigas de pared delgada de sección transversal diferente que estaban sujetas a flexión pura. Durante las pruebas estáticas mediante la aplicación de flexión en cuatro puntos, cargas en el centro de corte y fraguados, se debe realizar flexión pura. Desafortunadamente, no fue posible obtener una flexión pura ideal. Durante el crecimiento monótono de la carga fue posible observar una pequeña distorsión torsional de las vigas. Las propiedades mecánicas del acero de las probetas de las vigas se determinaron durante los ensayos de tracción de probetas planas cortadas del material de las vigas. Las propiedades medidas fueron: módulo de Young \(E = 185\ {\text{GPa}}\), relación de Poisson \(\nu = 0.3\), punto de fluencia \(R_{eH} = 330\ {\text{MPa }}\), Resistencia a la tracción \(R_m = 380\ {\text{MPa}}\). Sobre la base de la prueba experimental se iban a calcular los siguientes resultados (Fig. 10).

En la Fig. 11a se puede observar la relación entre el desplazamiento de los puntos de medición. Los resultados presentados pueden interpretarse como la rotación de la sección transversal de la viga alrededor del eje x longitudinal. La viga de sección transversal en forma de C bajo carga aplicada gira incluso bajo cargas pequeñas. Causa de esa situación son las imperfecciones tecnológicas y materiales. Los tiradores aplicados son la base de la situación presentada. La metodología experimental también puede ser la causa del problema descrito. Con base en las características experimentales, la Fig. 10 puede encontrar la fuerza crítica para el pandeo local y global respectivamente: \(F_{Lcr}=0.6\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=2.6\ {\text {kN}}\). El pandeo local y global en los gráficos se interpreta como el comienzo de la no linealidad característica (Fig. 11b).

Miembro en forma de C sin refuerzo.

Puntos de desplazamiento web. UG – desplazamiento del punto del alma superior sobre la placa de acero rígido fijo, UD – desplazamiento del punto del alma inferior sobre la placa de acero rígido fijo, UGS – desplazamiento del punto del alma superior sobre la placa de acero rígido móvil, UDS – desplazamiento del punto inferior de la red en la placa de acero rígida móvil.

Los puntos de desplazamiento del alma para alas de caja doble y piezas de refuerzo también muestran una rotación relativa de la sección transversal, pero ahora la rotación de todos los puntos de medición está en la misma dirección (Fig. 12). Incluso si los puntos de ajuste y los puntos de carga se aplican en el centro de corte, es imposible reducir la rotación por completo. Las condiciones de contorno y los controladores especiales aplicados tienen influencia en los fenómenos de rotación de la sección transversal observados. Las fuerzas críticas encontradas para el pandeo local y global de las alas de caja doble y el elemento de refuerzo, respectivamente, son iguales: \(F_{Lcr}=13\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=16\ {\text {kN}}\).

Dobles alas de caja y elemento de refuerzo.

Los resultados experimentales presentados en la Fig. 13 para bridas de una caja sin piezas de refuerzo tienen un valor más bajo de fuerzas críticas que las bridas de caja doble y piezas de refuerzo. En este caso, la fuerza crítica para el pandeo local y global son respectivamente: \(F_{Lcr}=8\ {\text{kN}}\) y \(F_{Gcr}=9\ {\text{kN}}\ ). Los resultados de desplazamiento en la Fig. 11c muestran que se registra la rotación de la sección transversal. Para todas las vigas ensayadas se puede observar que los modos subsiguientes del proceso de pandeo: pandeo local causado por el momento de flexión, fase de pandeo distorsionante por cargas de momento de flexión y pandeo global.

Bridas de una caja sin elemento de refuerzo.

Para vigas de sección transversal definida como doble cajón con alas y armadura y un cajón sin armadura, se realizaron los mismos ensayos, donde el conjunto y las cargas estaban en el centro de cortante de las vigas pero adicionalmente se aplicó diafragma como el que se muestra en la Fig. 5b.

Los resultados experimentales de una prueba en la que se aplicaron diafragmas en los mangos se presentan en la Fig. 14. Los diafragmas eran simplemente una placa de refuerzo de madera contrachapada que coincidía con la forma de la viga de la sección transversal. Se realizaron ensayos con diafragmas para dos miembros: alas de caja doble con viga de refuerzo que se muestra en la Fig. 4b, y alas de caja doble sin viga de refuerzo que se muestra en la Fig. 4c.

Miembros probados con diafragmas de madera contrachapada.

Aplicar diafragmas como se describe arriba, resultó en fuerzas críticas para un pandeo local y global respectivamente: \(F_{Lcr}=15\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=19\ {\text {kN}}\) para alas de caja doble y piezas de refuerzo con diafragmas (Fig. 15). El desplazamiento (Fig. 16) medido hacia arriba y hacia abajo del mango muestra una pequeña rotación del haz durante la prueba, pero el carácter de la rotación es diferente al del mismo haz sin diafragmas.

Las alas de un cajón sin elemento de refuerzo con diafragmas aplicados dieron como resultado fuerzas críticas para el pandeo local y global respectivamente: \(F_{Lcr}=4\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=11\ {\ texto{kN}}\) (Fig. 17). En la Fig. 17a, el pico del gráfico es exactamente visible cerca de \(F_{peak}=4\ {\text{kN}}\). Probablemente sea causado por el deslizamiento en el mango, sistema de ajuste o lazos. Por encima de \(F_{peak}=4\ {\text{kN}}\), la curva se eleva a \(F=16\ {\text{kN}}\) y esta fuerza puede aceptarse como la fuerza de pandeo máxima global.

Bridas de doble caja y piezas de refuerzo con diafragmas.

Puntos de desplazamiento web. UG: desplazamiento del punto del alma superior sobre la placa de acero rígido fijo, UD: desplazamiento del punto del alma inferior sobre la placa de acero rígido fijo, UGS: desplazamiento del punto del alma superior sobre la placa de acero rígido móvil, UDS: desplazamiento del punto inferior de la red en la placa de acero rígida móvil.

Bridas de una caja sin piezas de refuerzo con diafragmas.

Como se muestra en la Fig. 18, comparando la capacidad de carga de las vigas investigadas, aplicando diafragmas, las vigas son más resistentes al pandeo. Por supuesto, los diafragmas tienen un uso práctico como elementos que aumentan la rigidez de estructuras de paredes delgadas, pero en el caso de investigación presentado, se trató de obtener una flexión pura durante la prueba experimental. No fue posible reducir perfectamente las rotaciones de la sección transversal de la viga, lo que fue causado por las condiciones de contorno imperfectas y el proceso de producción de las vigas. También surge una conclusión práctica adicional. Las condiciones de precisión, montaje y explotación de las vigas son de vital importancia para el trabajo de los sistemas de paredes delgadas.

Curva de desplazamiento: todas las vigas.

Un estudio experimental de vigas de paredes delgadas conformadas en frío de diferentes formas transversales, sometidas a flexión estática en cuatro puntos, con carga forzada y apoyo en el centro de cortante de cada viga, permitió extraer las siguientes conclusiones:

Las vigas de pared delgada con alas complejas tienen fuerzas críticas más altas que las vigas de pared delgada con alas planas.

La pérdida local de estabilidad de las vigas de pared delgada fue claramente visible cuando se observaron alas y almas. Han aparecido medias ondas características.

Las mediciones de los desplazamientos de la red (desplazamientos relativos estimados sobre la base de las lecturas de los sensores de desplazamiento) mostraron que, a pesar de soportar las vigas y forzarlas en el centro de las fuerzas transversales, cada una de las vigas giraba alrededor del eje longitudinal que pasaba por el centro de las fuerzas transversales de la sección transversal de la viga ensayada,

La razón de la ocurrencia de un momento de torsión con un vector dirigido a lo largo del eje que pasa por el centro de las fuerzas transversales cuando las vigas estaban apoyadas en el centro de las fuerzas transversales y la carga en el centro de las fuerzas transversales fue la inexactitud de la fabricación de las vigas ensayadas. La rigidez torsional de las secciones abiertas de paredes delgadas es muy baja, lo que, con las imprecisiones inevitables en la fabricación de las vigas, da como resultado un momento torsional a pesar de la acción teórica de flexión pura entre los soportes centrales para la flexión en cuatro puntos.

Una dificultad adicional observada durante los ensayos experimentales fue la fuerza de gravedad que, a pesar de los intentos de equilibrado, influyó en los resultados obtenidos y en la acción del momento de torsión respecto al eje que pasa por los puntos de apoyo y carga,

Los ensayos de secciones de paredes delgadas cortadas deben realizarse con la ayuda de diafragmas de refuerzo, lo que es especialmente importante cuando se realizan ensayos dinámicos en vigas abiertas de paredes delgadas. La falta de diafragmas da como resultado la falla local de las vigas y la propagación de la falla debido a la deformación plástica local,

Las secciones de acero abiertas de paredes delgadas se utilizan ampliamente en la construcción de infraestructura vial, por ejemplo, como paneles absorbentes de energía para barreras viales. La forma adecuada de la sección transversal, la elección del material y el punto de apoyo son las pautas clave para lograr un alto grado de absorción de energía durante el arranque del vehículo.

Para estructuras absorbentes de energía, las pruebas en objetos reales son esenciales. Las estructuras de paredes delgadas, como las vigas de sección abierta, se caracterizan por una alta elasticidad torsional, que está claramente influenciada por la precisión de la estructura de paredes delgadas, incluido el sistema de montaje.

Los autores de la investigación, el trabajo adicional se dirige hacia cuestiones relacionadas con el consumo de energía de materiales y estructuras. Se ha desarrollado un banco de pruebas dinámico y los resultados obtenidos se presentarán a continuación.

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Descargar referencias

Estos autores contribuyeron por igual: Maciej Obst y Piotr Wasilewicz.

División de Resistencia de Materiales y Estructuras, Universidad Tecnológica de Poznan, Poznan, Polonia

Maciej Obst y Piotr Wasilewicz

Instituto de Diseño de Máquinas, Universidad Tecnológica de Poznan, Poznan, Polonia

jaroslaw adamiec

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MO y PW concibieron los experimentos, MO y PW realizaron los experimentos, MO y JA analizaron los resultados. Todos los autores revisaron el manuscrito.

La correspondencia es Jarosław Adamiec.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Obst, M., Wasilewicz, P. & Adamiec, J. Investigación experimental de la flexión en cuatro puntos de una viga de acero de sección abierta de pared delgada cargada y asentada en el centro de cortante. Informe científico 12, 7275 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-10035-z

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Recibido: 03 noviembre 2021

Aceptado: 30 de marzo de 2022

Publicado: 04 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-10035-z

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