Simulação numérica por método de elementos finitos para análise elástico linear de eixos escalonados modelados como viga de Timoshenko

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dc.contributor.advisor-co1 Soares, Ricardo Cardoso
dc.contributor.advisor-co1Lattes https://lattes.cnpq.br/5632431449181865pt_BR
dc.contributor.advisor1 Pedrosa, Antônio Ítalo Rodrigues
dc.contributor.advisor1Lattes https://lattes.cnpq.br/4567550060040051pt_BR
dc.creator Araujo, Carlos André Aquino
dc.creator.Lattes https://lattes.cnpq.br/9545776650792886pt_BR
dc.date.accessioned 2026-03-12T18:03:08Z
dc.date.available 2026-03-12T18:03:08Z
dc.date.issued 2025
dc.description.abstract Transmission shafts are machine elements that can be modeled as beams with varying diameters along their length and must be dimensioned according to design constraints. The present work aims to apply the Finite Element Method to develop a calculation routine programmed in the Matlab platform for linear elastic analysis of power transmission shafts modeled as Timoshenko beams. The program is capable of simulating loading on shafts modeled either with continuous cross-section beams or with shafts modeled with stepped beams (a characteristic of transmission shafts) and provides deflection and slope values under typical external loading conditions and support reactions. The Timoshenko beam model was chosen because it offers advantages in certain applications, such as semi-thick beams. This theory considers the shear effect contribution, which is not seen in the classical Euler-Bernoulli model. For program validation, typical beam assembly cases were analyzed and compared with the analytical solution. Additionally, to complete the validation, shafts with stepped characteristics from a Baja prototype reduction gearbox were analyzed and benchmarked against results obtained using the commercial program Ansys Mechanical APDL. Finally, design points of interest for these shafts were evaluated and validated with reference values from the literature.pt_BR
dc.description.resumo Eixos de transmissão são elementos de máquinas que podem ser modelados como vigas com variados diâmetros ao longo de sua seção e devem ser dimensionados de acordo com as restrições de projeto. O proposto trabalho tem como objetivo aplicar o método dos elementos finitos na elaboração de uma rotina de cálculo programada em plataforma Matlab para analise elástico linear de eixos de transmissão de potência modelados como viga de Timoshenko, capaz de simular carregamento em eixos modelados com vigas de seção transversal continua como também para eixos modelados com vigas escalonadas (uma característica de eixos de transmissão) e fornecer valores de deflexões e inclinações obtidas sob condições típicas de carregamento externo e reações de apoio. O modelo de viga de Timoshenko foi escolhido para moldar o problema por ser mais vantajoso em certas aplicações, como por exemplo em vigas semiespessas. A teoria mencionada considera a contribuição do efeito de cisalhamento, não visto no modelo clássico de Euler-Bernoulli. Para validação do programa, foram analisados casos típicos de montagens de vigas e comparados com a solução analítica. Para completar a validação, foram analisados eixos com características escalonadas de uma caixa de redução de protótipo baja e comparados com os obtidos pelo programa comercial Ansys Mechanial APDL. Por fim, foram analisados os pontos de interesses para projeto dos mesmos eixos e validados em relação aos valores de referência da literatura.pt_BR
dc.identifier.citation ARAÚJO, Carlos André Aquino. Simulação numérica por método de elementos finitos para análise elástico linear de eixo escalonado modelado como vigas de Timoshenko. Orientador : Antônio Ítalo Rodrigues Pedrosa. 2025. 99 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí, Campus Teresina Central, 2025.pt_BR
dc.identifier.uri https://bia.ifpi.edu.br/jspui/handle/123456789/5380
dc.language porpt_BR
dc.publisher Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauípt_BR
dc.publisher.country Brasilpt_BR
dc.publisher.department Campus Teresina Centralpt_BR
dc.publisher.initials IFPIpt_BR
dc.rights Acesso Abertopt_BR
dc.subject Métodos numéricospt_BR
dc.subject Programa computacionalpt_BR
dc.subject Teoria de vigaspt_BR
dc.subject Análise linearpt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.title Simulação numérica por método de elementos finitos para análise elástico linear de eixos escalonados modelados como viga de Timoshenkopt_BR
dc.type Trabalho de Conclusão de Cursopt_BR

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Bacharelado em Engenharia Mecânica - Teresina Central