998 resultados para Modelos de elementos finitos
Resumo:
A anlise da iterao solo-estrutura em fundaes um importante campo de pesquisa que ainda tem um grande progresso a ser feito. No presente trabalho foi desenvolvido um programa computacional para a anlise da interao solo-estrutura de fundaes de concreto armado. Este tema abrange duas reas da engenharia civil: estruturas e geotecnia. O mtodo dos elementos finitos foi usado no trabalho na seqncia para resolver o problema considerando estado plano de defonnao e comportamento elastoplsti.co dos materiais estudados (solo, concreto e ao). A linguagem de programao MATLAB foi usada em toda esta pesquisa como alternativa ao FORTRAN. O MATLAB foi escolhido uma vez que uma linguagem de programao que permite facilmente construir uma interfce de pr e psprocessamento amigvel. Os passos para a soluo completa do problema foram os seguintes: Primeiramente um programa foi desenvolvido considerando o comportamento elastoplstico com critrios de plastificao e ruptura especficos para o concreto e solo. Solues analticas fechadas foram usadas para checar a preciso do programa. O segundo passo foi a introduo do reforo de ao no concreto por meio de um modelo para armaduras. Logo aps, um modelo de fissuras para o concreto 1racionado foi in1roduzido no programa. Na seqncia o programa de pr e ps-processamento foi desenvolvido para gerar a malha de elementos finitos (pr-processamento), distribuio tenses e deformaes, mapa de fissuras, etc (psprocessamento). Finalmente, os parme1ros constitutivos do solo, concreto e ao foram calibrados e vrias situaes reais de interao do solo-concreto de fundaes de concreto armado foram simuladas. Nesta dissertao so encontrados resultados para as presses de contato sapata-solo. Diferentes diagramas de tenses de interfce foram obtidos em funo rigidez relativa do elemento estrutural de concreto armado-solo. Na anlise mnnrica, rigidez relativa desempenhou uma relevante funo no comportamento mecnico do elemento estrutural de concreto armado (sapata) e da base de assentamento (solo), uma vez ruptura em ambos os casos esteve diretamente relacionada a esta grandeza. So encon1rados, em funo da rigidez relativa, resultados indicativos dos modos de falha da fundao, excessiva plastificao do solo em fundaes com rigidez relativa alta, e a plastificao armaduras, esmagamento do concreto, formao de fissuras, bielas e confinamento concreto para fundaes de rigidez relativa baixa. Na anlise numrica, obteve-se resultados importantes com relao ao projeto de fundaes. Estes resultados foram cOnITontadoscom normas, destacando-se as discordncias com relao s recomendaes da nonna brasileira Projeto e Execuo de Fundaes" NBR-6122 (1996) para os diagramas de tenses interface sapata-solo usados no dimensionamento de fundaes de concreto armado.
Resumo:
O objetivo deste trabalho apresentar o desenvolvimento de um modelo computacional, baseado no mtodo dos elementos finitos, para o estudo de estruturas de concreto armado e protendido, sob estados planos de tenso. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplstico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo. Considera-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelstico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplstico. Um modelo de camadas superpostas adotado para melhor representar o comportamento viscoelstico do concreto e da armadura protendida, onde estes materiais so compostos de diversas camadas que sofrem a mesma deformao. Cada camada possui diferentes propriedades mecnicas e a tenso total obtida pela soma das diferentes contribuies de cada camada. Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribudas, que leva em conta a contribuio do concreto entre fissuras. Tanto a armadura passiva quanto a armadura de protenso so introduzidas no modelo como uma linha de material mais rgido dentro do elemento de concreto. Considera-se aderncia perfeita entre o concreto e o ao. Os deslocamentos ao longo das barras de ao so determinados a partir dos deslocamentos nodais dos elementos de concreto. Desta forma, as matrizes de rigidez das armaduras tm as mesmas dimenses das matrizes de rigidez dos elementos de concreto e ambas so somadas para a obteno das matrizes de rigidez totais. Para verificar a preciso do modelo computacional, compararam-se resultados numricos com valores experimentais disponveis.
Resumo:
O presente trabalho apresenta o estudo e implementao de um algoritmo numrico para anlise de escoamentos turbulentos, tridimensionais, transientes, incompressveis e isotrmicos, atravs da Simulao de Grande Escalas, empregando o Mtodo de Elementos Finitos. A modelagem matemtica do problema baseia-se nas equaes de conservao de massa e quantidade de movimento de um fluido quase-incompressvel. Adota-se um esquema de Taylor-Galerkin, com integrao reduzida e frmulas analticas das funes de interpolao, para o elemento hexadrico de oito ns, com funes lineares para as componentes de velocidade e constante no elemento para a presso. Para abordar o problema da turbulncia, emprega-se a Simulao de Grandes Escalas, com modelo para escalas inferiores resoluo da malha. Foram implementados o modelo clssico de Smagorinsky e o modelo dinmico de viscosidade turbulenta, inicialmente proposto por Germano et al, 1991. Uma nova metodologia, denominada filtragem por elementos finitos independentes, proposta e empregada, para o processo de segunda filtragem do modelo dinmico. O esquema, que utiliza elementos finitos independentes envolvendo cada n da malha original, apresentou bons resultados com um baixo custo computacional adicional. So apresentados resultados para problemas clssicos, que demonstram a validade do sistema desenvolvido. A aplicabilidade do esquema utilizado, para anlise de escoamentos caracterizados por elevados nmeros de Reynolds, discutida no captulo final. So apresentadas sugestes para aprimorar o esquema, visando superar as dificuldades encontradas com respeito ao tempo total de processamento, para anlise de escoamentos tridimensionais, turbulentos e transientes .
Resumo:
Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulao de problemas tridimensionais de interao fluido-estrutura utilizando a tcnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetradricos lineares so empregados para o fluido, que pode ser compressvel ou incompressvel. adotada uma formulao lagrangeana-euleriana arbitrria (ALE), compatvel com o movimento da interface fluidoestrutura. Um mtodo ftacionado de correo de velocidade utilizado para os fluidos incompressveis. A estrutura analisada usando elementos triangulares com trs ns e seis graus de liberdade por n (trs componentes de deslocamentos e trs componentes de rotao). Os efeitos da no-linearidade geomtrica so includos. O mtodo de Newmark empregado para integrar no tempo as equaes dinmicas de equilbrio, usando-se uma descrio lagrangeana atualizada. O sistema de equaes alge'bricas solucionado atravs do mtodo dos gradientes conjugados e o sistema no-linear, resultante de deslocamentos e rotaces finitas da estrutura, solucionado com um esquema incremental-iterativo. O cdigo otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.
Resumo:
Aduelas protendidas externamente utilizadas em pontes contrastam com as clssicas construes monolticas, consistindo de pequenos segmentos pr-moldados protendidos por cordoalhas externas. H muitas vantagens na utilizao deste tipo de composio, como rapidez e versatilidade na construo, alto controle de qualidade e economia. No presente trabalho, discute-se uma formulao, baseada no mtodo dos elementos finitos, para simular o comportamento de estruturas compostas por aduelas externamente protendidas. Esta formulao permite tanto a anlise de situaes de servio, onde as sees permanecem completamente comprimidas, como tambm de situaes ltimas, onde se considera a abertura das juntas e a transferncia de esforos atravs das mesmas. O modelo computacional utiliza dois procedimentos distintos, baseados em um modelo elasto-viscoplstico. No primeiro, determina-se a resposta da estrutura ao longo do tempo, considerando-se, nesta etapa, que o material possui comportamento viscoelstico. No segundo, busca-se a resposta da estrutura para um carregamento instantneo, considerando-se o material com um comportamento elastoplstico. As juntas entre as aduelas so representadas atravs de elementos de contato unidimensionais. Os ns de cada elemento de contato coincidem com os ns do elemento de concreto que a ele foi associado.Um modelo de camadas superpostas utilizado para representar o comportamento viscoelstico do concreto e da armadura protendida Para representar o concreto fissurado, utiliza-se um modelo de fissuras distribudas, que leva em conta a contribuio do concreto entre fissuras. A armadura passiva introduzida na anlise atravs de um modelo incorporado e a armadura de protenso no aderente disposta em elementos fictcios, paralelos aos elementos reais da estrutura. Para verificar a adequao do modelo computacional, compararam-se resultados numricos com valores experimentais disponveis na literatura.
Resumo:
Neste trabalho, apresenta-se um estudo numrico de um modelo convectivo-difusivo-reativo em combusto baseado no Mtodo de Elementos Finitos. Primeiramente, apresenta-se o desenvolvimento das equaes de balano (quantidade de movimento, massa, espcie e energia) que modelam um processo de mistura molecular e reao qumica, irreversvel, de passo nico e exotrmica entre duas espcies qumicas F (Combustvel) e O (Oxidante). Tais espcies reagem e formam um produto P, conforme vFF +vOO ! vPP + calor, onde vF , vO e vP so os coeficientes estequiomtricos molares. No modelo, considera-se que a reao de primeira ordem com respeito a cada um dos reagentes e que a taxa de reao especfica segue a cintica de Arrhenius. Em seguida, o modelo estudado numericamente considerando-se um domnio retangular e condies de contorno do tipo Neumann. Tanto a Tcnica das Diferenas Finitas como a Tcnica de Elementos Finitos so utilizadas na discretizao espacial das equaes do modelo. Para a integrao no tempo, utiliza-se a mtodo de Runge-Kutta simplificado de trs estgios. Os diferentes cdigos computacionais obtidos, tanto pela Tcnica de Diferenas Finitas como de Elementos Finitos, so comparados frente ao problema de interesse. Observa-se que ambas as tcnicas apresentam resultados equivalentes. Alm disso, os cdigos desenvolvidos so robustos (capazes de lidar com vrios conjuntos de parmetros), de baixo custo e precisos. Por fim, apresenta-se uma reviso do trabalho de Zavaleta [48], no qual obtem-se uma estimativa local do erro na aproximao do problema estudado pela Tcnica de Elementos Finitos.
Resumo:
Neste trabalho implementou-se o elemento hexadrico com um ponto de integrao para anlise esttica e dinmica de placas e cascas de materiais compsitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento est livre de travamento volumtrico e travamento de cisalhamento, no apresentando modos esprios. So tambm includos problemas com no-linearidade geomtrica A matriz de rigidez e de massa so dadas de forma explcita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na anlise no-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformaes so referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumtrico tambm eliminado, j que a parte dilatacional (esfrica) da matriz gradiente avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a soluo das equaes de equilbrio na anlise esttica, utilizam-se um mtodo direto baseado na eliminao de Gauss ou um mtodo iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado atravs da eliminao incompleta de Choleski. Para a anlise dinmica, as equaes de equilbrio so integradas atravs do mtodo explcito ou implcito de Taylor-Galerkin ou do mtodo implcito de Newmark. Para anlise no-linear utiliza-se o Mtodo Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Atravs de exemplos numricos demonstra-se a eficincia e o potencial do elemento tridimensional na anlise linear e no-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados so comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.
Resumo:
The main objective of this thesis was the study of bracing panels of structural masonry, by applying the Finite Element Method and Strut and Tie Method. It was analyzed the following aspects: the effect of orthotropy on the behavior of the panels; distribution of horizontal forces between panels for buildings; comparison between Equivalent Frame and Finite Elements models; panels design with the Strut and Tie Method. The results showed that one should not disregard the orthotropy, otherwise this can lead to models stiffer than the real. Regarding the distribution of horizontal forces, showed that the disregard of lintels and shear deformation leads to significant differences in the simplified model. The results showed also that the models in Finite Element and Equivalent Frame exhibit similar behavior in respect to stiffness of panels and stress distribution over the sessions requested. It was discussing criteria for designing Strut and Tie Method models in one floor panels. Then, the theoretical strength these panels was compared with the rupture strength of panels tested in the literature. The theoretical maximum strength were always less than the rupture strength of the panels obtained in tests, due to the fact that the proposed model cannot represent the behavior of the masonry after the start of the panel cracking due to plasticization of the reinforcement
Resumo:
The present work deals with the linear analysis of bi-dimensional axisymmetric structures, through development and implementation of a Finite Element Method code. The structures are initially studied alone and afterwards compatibilized into coupled structures, that is, assemblages, including tanks and pressure vessels. Examples are analysed and, in order to prove accuracy, the results were compared with those furnished by the analytical solutions
Resumo:
This work presents the positional nonlinear geometric formulation for trusses using different strain measures. The positional formulation presents an alternative approach for nonlinear problems. This formulation considers nodal positions as variables of the nonlinear system instead of displacements (widely found in literature). The work also describes the arc-length method used for tracing equilibrium paths with snap-through and snap-back. Numerical applications for trusses already established in the literature and comparisons with other studies are provided to prove the accuracy of the proposed formulation
Resumo:
Teve-se o objetivo de desenvolver um modelo matemtico por meio de anlise de elementos finitos, utilizando o programa computacional ANSYS, verso 5.7, para otimizar o projeto de mquina recolhedora de frutos de caf no terreiro. A modelagem da mquina foi realizada com base no levantamento das caractersticas aerodinmicas dos frutos de caf e da vazo de ar necessria para o transporte pneumtico dos frutos. Foram obtidas, experimentalmente, as presses estticas nos dutos da mquina, sendo esses valores comparados com os resultados determinados pelo programa ANSYS, no intuito de validar o modelo. Com base nos resultados numricos obtidos, concluiu-se que a modelagem desenvolvida apresentou resultados prximos aos determinados experimentalmente, obtendo erro relativo mdio nos valores simulados de presso de 9,2%. Por meio da modelagem, identificaram-se faixas de presso que dificultariam o transporte pneumtico dos frutos de caf em alguns pontos da mquina. Esses problemas foram corrigidos e, com isso, o fluxo de ar proporcionado pelo ventilador foi suficiente para succionar os frutos de caf no terreiro e transport-los para dentro do reservatrio da mquina. A modelagem desenvolvida atendeu s necessidades propostas no trabalho para o recolhimento dos frutos de caf utilizando transporte pneumtico eficientemente.
Resumo:
Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq)
Anlise da execuo de um algoritmo numrico cbs para simulao de escoamento utilizando elementos finitos
Resumo:
This work intends to analyze the application and execution time of a numerical algorithm that simulates incompressible and isothermal flows. It was used the explicit scheme of the Characteristic Based Split (CBS) algorithm and the Artificial Compressibility (AC) scheme for coupling pressure-velocity equations. The discretization was done with the finite element method using a bilinear elements grid. The free software GNU-Octave was used for implementation and execution of routines. The results were analyzed using the classic lid-driven cavity problem. This work shows results for tests with several Reynolds' number. The results for these tests show a good agreement when compared with previous ones obtained from bibliography. The code runtime's analysis shows yet that the matrix's assembly is the part of greater consumption time in the implementation.
Resumo:
Ps-graduao em Engenharia Mecnica - FEIS
Resumo:
Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq)
