MODELAGEM NUMÉRICA E ANÁLISE EXPERIMENTAL APLICADAS AO PROJETO DE UMA CÉLULA DE CARGA

Figura 1 – Dimensões e funcionamento de uma célula de carga.

2.

METODOLOGIA
Pode-se dividir a apresentação deste trabalho em três etapas distintas e seqüenciais:
Projeto da Célula de Carga:

Nesta etapa são realizados experimentos teóricos e numérico-computacionais via MEF visando otimizar as dimensões da célula.
Confecção da Célula de Carga:
São abordados aspectos relativos a confecção da célula, colagem de strain gages, cuidados na montagem, etc.
Calibração e Testes da Célula de Carga:
De modo a se obter uma célula de carga com medidas confiáveis, testes de calibração são realizados visando avaliar suas características de linearidade e repetibilidade.
A seguir cada uma destas etapas são analisadas de maneira mais abrangente.
3.

PROJETO DA CÉLULA DE CARGA

O dimensionamento foi feito baseando-se em resultados obtidos na otimização das dimensões principais da célula através de uma modelagem computacional utilizando o método dos elementos finitos.
Como a célula de carga possui uma axissimetria tanto geométrica quanto para as condições de contorno, optou-se por um modelo numérico utilizando apenas ¼ do modelo geométrico, como mostra a Figura 2.
Para um pré-dimensionamento definiu-se a capacidade da célula de carga e utilizando as formulações teóricas de placas e cascas fornecidas por Timoshenko & Woinowsky (1959), onde foram determinadas medidas iniciais para atender as restrições de tensões e deformações. Inicialmente verificou-se a validade dos resultados teóricos do deslocamento vertical máximo e da tensão máxima (equações 1 e 2) comparando-os com os resultados obtidos na simulação computacional utilizando o software Ansys®, como mostra a Tabela 1.

σ1 = k

qa ² h² (1)

W =k

qa 4
Eh³

(2)

onde:
W – deslocamento vertical máximo (Fig. 1) σ1 − tensão principal máxima q – carga uniformemente distribuída (Fig. 1) k – parâmetro dado em função da razão a/b válido para coeficiente de Poisson = 0,3
E – módulo de