Application of the Boundary Method to the determination of the properties of the beam cross-sections

Using the 3-D equations of linear elasticity and the asylllptotic expansion methods in terms of powers of the beam cross-section area as small parameter different beam theories can be obtained, according to the last term kept in the expansion. If it is used only the first two terms of the asymptotic expansion the classical beam theories can be recovered without resort to any "a priori" additional hypotheses. Moreover, some small corrections and extensions of the classical beam theories can be found and also there exists the possibility to use the asymptotic general beam theory as a basis procedure for a straightforward derivation of the stiffness matrix and the equivalent nodal forces of the beam. In order to obtain the above results a set of functions and constants only dependent on the cross-section of the beam it has to be computed them as solutions of different 2-D laplacian boundary value problems over the beam cross section domain. In this paper two main numerical procedures to solve these boundary value pf'oblems have been discussed, namely the Boundary Element Method (BEM) and the Finite Element Method (FEM). Results for some regular and geometrically simple cross-sections are presented and compared with ones computed analytically. Extensions to other arbitrary cross-sections are illustrated.

Particle swarm optimization with sequential niche technique for dynamic finite element model updating

Peer reviewed

Sistema computacional com geração de dados e visualização de resultados para estrutura de edifícios

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a geração de dados e apresentação de resultados, específico para as estruturas de edifícios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para análise de estruturas com base no Método dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilização de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilização de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como nó mestre e trechos rígidos. A linguagem computacional adotada para a elaboração das rotinas mencionadas é o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programação visual estruturado na programação orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alterações e adições de funções possam ser realizadas com facilidade, sem que todo o conjunto de programas precise ser analisado e modificado. Por fim, o programa deve servir como um verdadeiro ambiente para análise de estruturas de edifícios, controlando através de uma interface amigável com o usuário uma série de outros programas já desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.

Confiabilidade aplicada ao problema de interação estaca-solo.

Este trabalho busca aplicar técnicas de confiabilidade ao problema de grupo de estacas utilizadas como fundação de estruturas correntes. Para isso, lança-se mão de um modelo tridimensional de interação estaca-solo onde estão presentes o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e o método dos Elementos Finitos (MEF) que atuam de forma acoplada. O MEC, com as soluções fundamentais de Mindlin (meio semi-infinito, homogêneo, isotrópico e elástico-linear é utiliza), é utilizado para modelar o solo. Já o MEF é utilizado para modelar as estacas. Definido o modelo de funcionamento estrutural das estacas, parte-se para a aplicação de métodos trazidos da confiabilidade estrutural para avaliação da adequabilidade em relação aos estados limite de serviço e estados limites últimos. Os métodos de confiabilidade utilizados foram o Método de Monte Carlo, o método FOSM (First-Order Second-Moment) e o método FORM (First-Order Reliability Method).

O elemento finito T6-3i na análise de placas e dinâmica de cascas.

O método dos elementos finitos é o método numérico mais difundido na análise de estruturas. Ao longo das últimas décadas foram formulados inúmeros elementos finitos para análise de cascas e placas. As formulações de elementos finitos lidam bem com o campo de deslocamentos, mas geralmente faltam testes que possam validar os resultados obtidos para o campo das tensões. Este trabalho analisa o elemento finito T6-3i, um elemento finito triangular de seis nós proposto dentro de uma formulação geometricamente exata, em relação aos seus resultados de tensões, comparando-os com as teorias analíticas de placas, resultados de tabelas para o cálculo de momentos em placas retangulares e do ANSYSr, um software comercial para análise estrutural, mostrando que o T6-3i pode apresentar resultados insatisfatórios. Na segunda parte deste trabalho, as potencialidades do T6-3i são expandidas, sendo proposta uma formulação dinâmica para análise não linear de cascas. Utiliza-se um modelo Lagrangiano atualizado e a forma fraca é obtida do Teorema dos Trabalhos Virtuais. São feitas simulações numéricas da deformação de domos finos que apresentam vários snap-throughs e snap-backs, incluindo domos com vincos curvos, mostrando a robustez, simplicidade e versatilidade do elemento na sua formulação e na geração das malhas não estruturadas necessárias para as simulações.

Avaliação do erro estático da ferramenta de uma máquina fresadora com arquitetura paralela.

Os mecanismos amplamente utilizados em aplicações industriais são de tipo serial, porém há algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposição com os seriais. Rigidez, precisão, altas frequências naturais e velocidade são algumas características que os mecanismos paralelos atribuem a máquinas já consolidadas na indústria, destinadas principalmente nas operações de manipulação (pick and place). Nesse sentido, é relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operação como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relação à rigidez e à precisão nas operações mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do protótipo de uma máquina fresadora de arquitetura paralela. Também aracterizado pela redundância na atuação para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro estático de posicionamento da ferramenta por métodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configurações dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numérico simplificado que possa prever as deformações elásticas em diversas configurações, que contemple o efeito de juntas lineares flexíveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programação que através da cinemática inversa e o uso do método dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta também uma implementação alternativa para o controle do mecanismo através de um software CNC e a conversão de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na geração do código G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetórias que tentam avaliar a exatidão e repetitividade do mecanismo além de descrever outras trajetórias livres.

Subwavelength Bessel beams in wire media

Recent progress is emerging on nondiffracting subwavelength fields propagating in complex plasmonic nanostructures. In this paper, we present a thorough discussion on diffraction-free localized solutions of Maxwell’s equations in a periodic structure composed of nanowires. This self-focusing mechanism differs from others previously reported, which lie on regimes with ultraflat spatial dispersion. By means of the Maxwell–Garnett model, we provide a general analytical expression of the electromagnetic fields that can propagate along the direction of the cylinder’s axis, keeping its transverse waveform unaltered. Numerical simulations based on the finite element method support our analytical approach. In particular, moderate filling fractions of the metallic composite lead to nonresonant-plasmonic spots of light propagating with a size that remains far below the limit of diffraction.

A finite element model of perforated panel absorbers including viscothermal effects

Most of the analytical models devoted to determine the acoustic properties of a rigid perforated panel consider the acoustic impedance of a single hole and then use the porosity to determine the impedance for the whole panel. However, in the case of not homogeneous hole distribution or more complex configurations this approach is no longer valid. This work explores some of these limitations and proposes a finite element methodology that implements the linearized Navier Stokes equations in the frequency domain to analyse the acoustic performance under normal incidence of perforated panel absorbers. Some preliminary results for a homogenous perforated panel show that the sound absorption coefficient derived from the Maa analytical model does not match those from the simulations. These differences are mainly attributed to the finite geometry effect and to the spatial distribution of the perforations for the numerical case. In order to confirm these statements, the acoustic field in the vicinities of the perforations is analysed for a more complex configuration of perforated panel. Additionally, experimental studies are carried out in an impedance tube for the same configuration and then compared to previous methods. The proposed methodology is shown to be in better agreement with the laboratorial measurements than the analytical approach.

Regional subsidence modelling in Murcia city (SE Spain) using 1-D vertical finite element analysis and 2-D interpolation of ground surface displacements

Subsidence is a hazard that may have natural or anthropogenic origin causing important economic losses. The area of Murcia city (SE Spain) has been affected by subsidence due to groundwater overexploitation since the year 1992. The main observed historical piezometric level declines occurred in the periods 1982–1984, 1992–1995 and 2004–2008 and showed a close correlation with the temporal evolution of ground displacements. Since 2008, the pressure recovery in the aquifer has led to an uplift of the ground surface that has been detected by the extensometers. In the present work an elastic hydro-mechanical finite element code has been used to compute the subsidence time series for 24 geotechnical boreholes, prescribing the measured groundwater table evolution. The achieved results have been compared with the displacements estimated through an advanced DInSAR technique and measured by the extensometers. These spatio-temporal comparisons have showed that, in spite of the limited geomechanical data available, the model has turned out to satisfactorily reproduce the subsidence phenomenon affecting Murcia City. The model will allow the prediction of future induced deformations and the consequences of any piezometric level variation in the study area.

Cálculo del asiento elástico tridimensional de cimentaciones de rigidez variable en terrenos con una capa rígida inclinada

Las fórmulas basadas en la teoría de la elasticidad son ampliamente utilizadas para el cálculo de asientos de cimentaciones, ya que la totalidad de la normativa geotécnica recomienda su empleo. No obstante, estos métodos no cubren todas las situaciones geotécnicamente posibles ya que frecuentemente las condiciones geológicas son complejas. En este trabajo se analiza la influencia de la presencia de una capa rígida inclinada en los asientos elásticos de una cimentación superficial. Para ello se han resuelto 273 modelos tridimensionales no lineales de elementos finitos, variando los parámetros clave del problema: la inclinación y la profundidad de la capa rígida y la rigidez de la cimentación. Finalmente, se ha realizado un análisis estadístico de los resultados de los modelos y se ha propuesto una fórmula que puede ser utilizada en el cálculo de asientos por métodos elásticos, para tener en consideración la presencia de una capa rígida inclinada en profundidad.

A finite element scheme for shock capturing /

At head of title: "In-house Laboratory Independent Research Program."

Validation and application of the WRECKER nonlinear finite element program in analyzing vehicle side structures. Vol. I - summary report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Validation and application of the WRECKER nonlinear finite element program in analyzing vehicle side structures. Vol. II - technical report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Finite elements in structural analysis : a bibliography with abstracts.

Mode of access: Internet.

Dynamic three-dimensional finite element analysis of steel transportation structures : prepared for U.S. Department of Transportation, Office of the Secretary, Office of University Research /

"Final report."