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Simulação numérica de vigas de aço inoxidável sob incêndio e temperaturas elevadas
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica | |
| datacite.subject.sdg | 11:Cidades e Comunidades Sustentáveis | |
| dc.contributor.advisor | Piloto, P.A.G. | |
| dc.contributor.advisor | Mesquita, L.M.R. | |
| dc.contributor.advisor | Rossetto, Diego | |
| dc.contributor.author | Zanoni, Andre Luiz | |
| dc.date.accessioned | 2025-06-27T09:01:27Z | |
| dc.date.available | 2025-06-27T09:01:27Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-26 | |
| dc.date.submitted | 2025 | |
| dc.description | Mestrado de dupla diplomação com a Universidade Tecnológica Federal do Paraná | |
| dc.description.abstract | Incêndios em áreas urbanas representam um risco significativo à vida humana, destacando a importância de analisar a resistência estrutural em altas temperaturas para prevenir colapsos. O aço inoxidável, amplamente utilizado em edificações por sua durabilidade e resistência à corrosão, pode apresentar colapso sob calor intenso. Para prever seu comportamento em situações de incêndio, a simulação numérica, especialmente o método dos elementos finitos (FEM), é uma ferramenta essencial. Este estudo utiliza o programa ANSYS para modelar as alterações nas propriedades mecânicas do aço inoxidável em altas temperaturas, contribuindo para o aprimoramento da segurança estrutural. A partir dos ensaios realizados nas amostras B1-B6 descritas por Fan et al. (2016), foram obtidos resultados da capacidade portante, resultados do campo de temperatura e resultados do tempo de resistência ao fogo. Na análise da capacidade portante, o gráfico de força versus deslocamento mostrou alta precisão do modelo numérico em comparação com o modelo experimental, com um erro médio inferior a 4%. Na validação térmica, as curvas numéricas apresentaram valores superiores aos experimentais devido a diferenças no isolamento térmico e na aplicação das condições fronteira em relação às condições reais dos ensaios. Para a validação do tempo de resistência (análise termomecânica), a curva de deslocamento em função do tempo revelou diferenças significativas nas amostras B3 à B6, atribuídas às discrepâncias térmicas previamente demonstradas. A amostra B2 mostrou boa aproximação com os resultados experimentais. Todas as amostras falharam por flexão no plano devido à presença de enrijecedores. No estudo paramétrico, foi analisada a influência das dimensões geométricas e dos subtipos de materiais na capacidade resistente das vigas em aço inoxidável. O aço austenítico 1.4301 apresentou a menor resistência, enquanto o duplex 1.4462 demonstrou possuir maior capacidade, embora com menor ductilidade. Nas análises térmicas, os materiais austeníticos e duplex tiveram comportamento semelhante, enquanto o ferrítico exibiu maior condução de calor. A espessura e a largura influenciaram mais a distribuição de temperatura do que a altura. Nas análises termomecânicas, foram aplicados níveis de carga de 0.2, 0.4 e 0.6 da carga máxima para avaliar o tempo de resistência ao fogo e a temperatura crítica de resistência das vigas. O aço austenítico 1.4571 apresentou a maior resistência, devido ao alto teor de níquel, enquanto o ferrítico 1.4016 mostrou menor desempenho (mais parecido com aço ao carbono). Os resultados destacam que a escolha do material e das dimensões geométricas influenciam diretamente a resistência ao fogo das vigas de aço inoxidável sob condições de incêndio, contribuindo para o desenvolvimento de estruturas mais seguras e eficientes. | por |
| dc.description.abstract | Fires in urban areas represent a significant risk to human life, highlighting the importance of analysing structural resistance at high temperatures to prevent collapse. Stainless steel, widely used in buildings for its durability and resistance to corrosion, can show failure under intense heat. To predict its behaviour in fire situations, numerical simulation, especially the finite element method (FEM), is an essential tool. This study uses ANSYS software to model the changes in the mechanical properties of stainless steel at high temperatures, helping to improve structural safety. From the analysis of samples B1-B6 described by Fan et al. (2016), the load-bearing was determined, the temperature field was defined and the fire resistance was established. In the load-bearing analysis, the force versus displacement graph showed a high accuracy of the numerical model compared to the experimental test, with an average error of less than 4%. In the temperature validation, the numerical curves showed higher temperature values than the experimental ones, probably due to differences in thermal insulation on the top of the beams. For the fire resistance validation, the displacement curve as a function of time revealed significant differences in samples B3 to B6, attributed to thermal discrepancies, mentioned before, while sample B2 showed good approximation with the experimental results. All the samples failed in-plane bending due to the presence of stiffeners. In the parametric study, the influence of geometric dimensions and materials on the strength of the beams was analysed. Austenitic steel 1.4301 showed the lowest load-bearing capcity, while duplex 1.4462 showed the highest, albeit with lower ductility. In the thermal analyses, the austenitic and duplex materials behaved similarly, while the ferritic exhibited greater heat conduction (similar to carbon steel). The thickness and width influenced temperature distribution more than height. In the thermomechanical analyses, load levels of 0.2, 0.4 and 0.6 of the load-bearing capacity were applied to evaluate the final time and “critical temperature” of the beams. The austenitic steel 1.4571 showed the greatest fire resistance time due to its high nickel content, while ferritic 1.4016 showed the lowest performance. The results show that the choice of material and geometric dimensions has a direct impact on the fire resistance of stainless steel beams, contributing to the development of safer and more efficient structures. | por |
| dc.identifier.tid | 203945956 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/34625 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Fogo | |
| dc.subject | Aço inoxidável | |
| dc.subject | Simulação numérica | |
| dc.subject | Resistência ao fogo | |
| dc.subject | Método dos elementos finitos (FEM) | |
| dc.title | Simulação numérica de vigas de aço inoxidável sob incêndio e temperaturas elevadas | |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Engenharia Mecânica |