[pt] Este trabalho dá continuidade ao desenvolvimento de uma metodologia para extensão e configuração de aplicações gráficas interativas utilizadas em simulações baseadas no método dos elementos finitos (MEF). Novos atributos requisitados pelos módulos de análise podem ser facilmente incluídos nos pré- e pós-processadores. Os atributos são definidos, através de uma linguagem de extensão interpretada relativamente simples, em um arquivo de configuração. A configuração e extensão é feita a partir da criação de classes e métodos, no contexto da programação orientada a objetos, de atributos da simulação. Esta metodologia foi implementada no desenvolvimento de um sistema integrado para simulações numéricas de problemas bidimensionais em geotecnia pelo MEF. A tese apresenta, inicialmente, uma discussão sobre a evolução dos sistemas utilizados para simulações numéricas na mecânica computacional, desenvolvidos no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio, indicando os problemas existentes. A seguir, é apresentada uma extensão da arquitetura do módulo utilizado para o gerenciamento e extensão configurável dos atributos (ESAM), que, originalmente, considerava uma abordagem onde atributos só podiam ser aplicados a entidades geométricas. A nova arquitetura permite que atributos também possam ser aplicados diretamente em nós e elementos de uma malha de elementos finitos. O sistema implementado através da integração dos módulos utilizados para pré-processamento, análise numérica e pós- processamento com o módulo de gerenciamento de atributos resultou em um sistema bastante flexível, podendo ser estendido por um usuário configurador para diversos outros tipos de simulação. As fases envolvidas em um processo de simulação na mecânica computacional (definição da geometria, especificação dos atributos, geração da malha de elementos finitos, análise numérica e visualização dos resultados) são ilustradas em um exemplo de aplicação do sistema proposto. / [en] This work continues the development of a methodology for extension and configuration of interactive graphics applications utilized on a finite element simulations. New attributes necessary for the analysis modules can be easily included in pre- and post-processor modules. The attributes are defined, through a relatively simple interpreted extension language, in a configuration file. The extension and configuration is performed through the creation of classes and methods, in the context of object oriented programming, of simulation attributes. This methodology was implemented in development of an integrated system for two- dimensional numerical simulation of geotechnical problems by the finite element method. The dissertation presents, initially, a discussion on the evolution of the systems used for numerical simulations in computational mechanics, developed in Department of Civil Engineering of PUC-Rio, pointing the existing problems. In the sequence, it is presented an extension of architecture of module that manager extension the simulation attributes (ESAM), that, originally, considerated only an approach where attributes could be applied in geometrical entities. The new architecture permits that attributes may also be applied directly to nodes and elements of a finite element mesh. The system implemented through the integration of the pre- processing, numerical analysis and post-processing modules, with the attribute management module resulted in a very flexible system, that can be extended for several other types of simulations. The phases involved in a simulations of a computational mechanics process (geometry defined, attributes specification, automatic mesh generation, numerical analysis and visualization of results) are illustrated in an application example of the proposed system. / [es] Este trabajo da continuidad al desarrollo de una metodología para extensión y configuración de aplicaciones gráficas interactivas utilizadas en simulaciones que tiene como base el método de los elementos finitos (MEF). Los nuevos atributos que requieran los módulos de análisis pueden ser facilmente incluidos en los pre y pos procesadores. Los atributos son definidos, a través de un lenguaje de extensión interpretada relativamente simple, en un archivo de configuración. La configuración y extensión se realiza a partir de la creación de clases y métodos, en el contexto de la programación orientada a objetos, de atributos de la simulación. Esta metodología fue implementada en el desarrollo de un sistema integrado para simulaciones numéricas de problemas bidimensionales en geotecnía por el MEF. La tesis presenta, inicialmente, una discusión sobre la evolución de los sistemas utilizados para simulaciones numéricas en la mecánica computacional, desarrollados por el Departamento de Ingeniería Cívil de la PUC-Rio, indicando los problemas existentes. A seguir, se presenta una extensión de la arquitectura del módulo utilizado para el gerenciamiento y extensión configurable de los atributos (ESAM) que, originalmente, consideraba una abordaje donde los atributos solo podían ser aplicados a entidades geométricas. La nueva arquitectura permite que los atributos también puedan ser aplicados directamente en nodos y elementos de una malla de elementos finitos. El sistema implementado a través de la integración de los módulos utilizados para preprocesamiento, análisis numérico y posprocesamiento con el módulo de gerenciamento de atributos tuvo como resultado un sistema bastante flexible, que puede ser extendido por un usuario configurador para diversos otros tipos de simulación. Las fases involucradas en un proceso de simulación en la mecánica computacional (definición de la geometría, especificación de los atributos, generación de la malla de elementos finitos, análisis numérico y visualización de los resultados) son ilustradas en un ejemplo.

[pt] Este trabalho descreve um sistema gráfico interativo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para o ensino e automatização das tarefas de projeto estrutural de pórticos planos. No trabalho foram incorporadas as tarefas de dimensionamento de estruturas de aço segundo a Norma Canadense de projetos de estruturas de aço de edificações - CAN/CSAS16.1-94. A integração completa das fases de pré- processamento, análise estrutural, pósprocessamento e dimensionamentos, através de uma interface amigável e eficiente, cria um ambiente onde os resultados de um passo da modelagem podem ser interpretados pelo estudante e usados como informação para determinar as modificações de modelagem no passo seguinte. Ao testar diferentes concepções estruturais, acredita-se que os estudantes podem vir a compreender melhor o comportamento estrutural e as fases de dimensionamento dos pórticos. Com as implementações realizadas no programa FTOOL, os estudantes de engenharia e os engenheiros civis executam um projeto estrutural com maior rapidez. Isso se deve ao fato de que diversas análises podem ser realizadas em um curto espaço de tempo para uma mesma estrutura, testando-se diferentes tipos de perfis metálicos. Com tal recurso, o usuário define uma estrutura mais econômica que pode atender com segurança as solicitações previstas em projeto. Pode-se também testar possíveis padronizações de elementos visando uma facilidade de fabricação e montagem. Os critérios de dimensionamento implantados no programa permitem aos usuários não só a automatização das etapas, bem como explorar melhor as possibilidades de entendimento dos modos de ruína dos elementos estruturais e dos parâmetros controladores do dimensionamento da estrutura metálica. Estas etapas compreendem desde a determinação da classe até a cálculo dos estados limites últimos e de utilização dos perfis pertencentes à estrutura. Estas verificações são feitas através da visualização dos resultados realizados na estrutura como um todo ou através de consultas individuais, barra a barra. A memória de cálculo gerada pelo programa auxilia os alunos no entendimento de todas as etapas do processo de dimensionamento estrutural em aço. / [en] This work describes an interactive graphic system, FTOOL (Frame Analysis Tool), for teaching and automation of frame structural design process. The system uses design recommendation presents in the Canadian Standard "Limits States of Steel Structures" - CAN/ CSA-S16.1-94. The complete integration of pre-processing, structural analysis, post-processing, and design is achieved through a friendly and efficient user-interface. The results of a step by step modeling can be accessed by the students and used as information to determine the modeling modifications in the following step. When testing different structural conceptions, it is believed that the students can substantially improve the learning process of structural behaviour and design. With the implementations accomplished in the FTOOL program, Civil Engineering students and designers can speed up the structural design process. Several solutions can be tested in a short space of time, leading to a more economic structure. The program also enables the use of standard elements, which makes the fabrication and construction phases easier. The design requirements implemented in the program allow users not only the automation of the design stages, but also to explore the possibilities of understanding better the ultimate states limits that govern the behavior of the structural elements. The design process ranges from the section class determination to the accessment of ultimate limits states. These verifications are made through the results visualization of the global structure or through an individual quering of each structural member. A full description of the design process is generated by the program helping the students to understand all the stages of steel design. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero.