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Tal como no estudo dos sistemas de acoplamento dos balões à plataforma, para realizar as simulações numéricas da estrutura auxiliar, é recorrido ao software Ansys Workbench. Tendo em mente o objetivo da estrutura e o modo como esta é utilizada, considera-se relevante o estudo de três distintas situações:

 Correta aterragem do balão com embate na zona central da base da estrutura;  Aterragem defeituosa com embate do balão na extremidade da base da estrutura

mais distante no sentido do qual o balão é puxado.

 Aterragem defeituosa com embate do balão na quina da base da estrutura;

Em todos os cenários de simulação, no que diz respeito às condições de fronteira, uma vez que durante o processo de aterragem dos vários balões, a estrutura está imobilizada devido às rodas de transporte travadas, é considerado que a estrutura é fixa pelas 6 chapas de fixação das rodas de transporte (apresentadas na Figura 7.13). Para simplificar as simulações, são removidas da geometria da estrutura determinados componentes como as rodas de transporte, varões redondos e chapas de proteção em forma de U.

Em relação aos carregamentos, é sempre considerada uma força de embate igual a 7112,25 N que pode ser dividida por um determinado número de rolos dependendo do caso em estudo. No maior perfil da base onde liga o subsistema de ligação, é também aplicada, em dois pontos distintos, uma força de 240 N que têm como origem o peso do conjunto de ligação (peso sensivelmente igual a 97 kgf dividido por 4 pontos). Em todos os cenários de estudo é ainda contabilizada a aceleração da gravidade.

Para o cenário da correta aterragem do balão principal, a aplicação das várias forças está representada na Figura 7.28.

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Dado a curvatura da base em forma de berço ter um raio bastante próximo do raio do balão principal (2 metros para 1,8 metros do balão), é considerado que quando o balão pousa na estrutura, o impacto dá-se inicialmente em apenas em 8 rolos (889 N por cada rolo), sendo que só depois há a deformação e a adaptação do balão à estrutura e o aumento do número de rolos em contacto com este.

Após realizada a simulação numérica, no que diz respeito às tensões originadas na estrutura, obteve-se o resultado apresentado na Figura 7.29.

(a) (b)

Figura 7.29: Valores das tensões equivalentes de Von Mises originadas pela correta aterragem do balão principal; (a) Vista geral; (b) Pormenor da zona mais solicitada.

Como é visível na Figura 7.29, o valor de tensões mais elevado regista-se na zona central da base (nomeadamente nos perfis que a suportam) e tem o valor de, aproximadamente, 80 MPa. Tendo em conta que a tensão de cedência do aço utilizado é de 235 MPa, o fator de segurança mínimo, em relação à cedência é, aproximadamente, 2,94, valor este que prova que para o caso ideal, a estrutura é bastante resistente, podendo ser inclusive sujeita a esforços mais elevados.

No que diz respeito à deformação e deslocamentos dos componentes, pela Figura 7.30 é possível constatar que este é também bastante baixo, não chegando inclusive, no pior dos cenários, a 1 mm.

137 Figura 7.30: Deformação originada nos componentes pela correta aterragem do balão principal.

Num dos casos onde a aterragem dos balões é defeituosa, pode ocorrer o embate do balão principal nos rolos da extremidade da base da estrutura mais distante no sentido do qual o balão é puxado. Para realizar a simulação numérica deste cenário é considerado que o balão principal embate nos quatros rolos mais próximos da extremidade da base, distribuindo a força de embate igualmente por todos os componentes (1778 N por rolo). O modo como as forças são aplicadas neste cenário está representado na Figura 7.31.

Figura 7.31: Forças aplicadas na estrutura auxiliar devido ao embate do balão principal na extremidade mais distante da base da estrutura.

Realizada a simulação numérica para o caso desfavorável da aterragem do balão principal numa das extremidades da base, verifica-se que se obtém, relativamente às tensões originadas na estrutura, uma concentração mais elevada nas zonas de contacto dos reforços com os perfis de canto da extremidade onde o balão embate. O valor mais elevado de tensão registado é no entanto no contacto e ligação dos perfis em T com as abas menores das cantoneiras como visível na Figura 7.32.

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(a) (b)

Figura 7.32: Valores das tensões equivalentes de Von Mises originadas pelo embate do balão principal na extremidade mais distante da base da estrutura; (a) Vista geral; (b) Pormenor da zona

mais solicitada.

Verifica-se então pela Figura 7.32 que o valor de tensão mais elevado é cerca de 102 MPa. Relacionando este valor com o material da estrutura e mais concretamente com o dos perfis em T e cantoneiras, conclui-se que o fator de segurança mínimo, em relação à cedência, é de 2,30. Tendo em conta que se está perante um cenário incorreto e que não deve ser comum no processo de aterragem, conclui-se que o valor do fator de segurança obtido é bastante favorável e bom indicativo da resistência da estrutura.

No que toca às deformações dos componentes, o pior cenário dá-se na extremidade da base onde o balão embate, sendo que os deslocamentos rondam, no máximo, 0,95 mm tal como é possível observar na Figura 7.33.

Figura 7.33: Deformação originada nos componentes pelo embate do balão principal na extremidade mais distante da base da estrutura.

Como último cenário de estudo temos o caso de quando o balão tem novamente uma aterragem defeituosa, ocorrendo o embate deste na quina da base em forma de berço da estrutura.

139 Admitindo que o balão é rígido e não se rasga nem rompe ao embater na quina da base, a força de embate total é descarregada nas duas cantoneiras (3556,13 N por cantoneira) tal como visível na Figura 7.34.

Figura 7.34: Forças aplicadas na estrutura auxiliar devido ao embate do balão principal numa das quinas da base da estrutura.

Uma vez corrida a simulação numérica, relativamente às tensões originadas na estrutura, obteve-se o seguinte resultado apresentado na Figura 7.35.

Figura 7.35: Valores das tensões equivalentes de Von Mises originadas pelo embate do balão principal numa das quinas da base da estrutura.

Na Figura 7.36 é detalhado os locais onde as tensões de Von Mises equivalentes são mais elevadas.

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Figura 7.36: Pormenor das zonas onde as concentrações de tensões são mais elevadas no cenário de embate do balão principal numa das quinas da base da estrutura.

Tal como no cenário de aterragem ideal, como é possível observar na Figura 7.36, o ponto onde as tensões são mais elevadas é nos perfis centrais da estrutura na zona onde estes intercetam a base em forma de berço. É de salientar também o aparecimento de tensões nas zonas dos nós dos reforços com os perfis dos cantos. Para este caso de aterragem, o valor de tensão mais elevado ronda o valor de 119 MPa (ligação dos perfis centrais às cantoneiras) que se traduz num fator de segurança, em relação à cedência, de, aproximadamente, 1,97, valor este que, apesar de ser o menor dos três casos em estudo, é na mesma bastante satisfatório para um cenário incorreto e desfavorável de aterragem.

O embate do balão numa das quinas da base é o caso (dos três em estudo) que provoca uma maior deformação dos componentes tal como apresentado na Figura 7.37.

Figura 7.37: Deformação originada nos componentes pelo embate do balão principal numa das quinas da base da estrutura.

Como é possível observar na última figura, a base em berço e principalmente os reforços mais perto da zona de embate do balão são os elementos do conjunto com uma maior deformação, todavia, o valor deste deslocamento ronda, no caso mais desfavorável, os 1,5 mm, valor este bastante reduzido e sem influência no funcionamento da estrutura.

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