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[en] INFLUENCE OF ANODE PAD INSTALLATION OVER THE BUCKLING OF PIPES SUBJECTED TO REELING / [pt] INFLUÊNCIA DA INSTALAÇÃO DE SAPATAS DE ANODO SOBRE A FLAMBAGEM DE DUTOS SUJEITOS AO ENROLAMENTOCARLOS ROBERTO CHARNAUX 03 September 2008 (has links)
[pt] Um dos principais métodos de instalação offshore de dutos
rígidos é o de enrolamento (reeling), o qual submete os
dutos a esforços de flexão que ocasionam deformações
plásticas. O processo de proteção catódica destas
tubulações exige a instalação de uma determinada quantidade
de anodos para a proteção contra corrosão. O contato dos
anodos com os dutos é estabelecido através das sapatas de
anodo. Estas geram imperfeições geométricas na espessura do
duto, resultando em regiões concentradoras de deformações
durante o processo de enrolamento nas embarcações de
instalação. Esta dissertação propõe entender e quantificar
o efeito da instalação das sapatas de anodo no que se refere
à introdução das concentrações de deformações e sua
influência na resistência à flambagem dos dutos durante o
processo de enrolamento. O estudo das falhas estruturais
por flambagem durante este processo requer a avaliação das
deformações longitudinais para comparação com os critérios
definidos pelas normas. Esta avaliação propõe a utilização
de métodos de cálculos analíticos e numéricos. A partir do
estudo desenvolvido foi possível propor um fluxograma
para avaliação de dutos com sapatas de anodo. Desta forma
foi possível definir um novo valor limite de deformação,
caso uma análise simplificada de enrolamento não atenda os
critérios propostos pelas normas. Considerando que o
estudo de sapatas de anodo é apenas um exemplo para
representar o problema de elementos concentradores de
deformação durante o processo de enrolamento, a
metodologia apresentada pode ser empregada com outros tipos
de elementos anexados às tubulações, para a avaliação de
falhas por flambagem. / [en] One of the main steel pipelines offshore installation
methods is the reeling, which subject the pipes to bending
loads that produces plastic strains. The cathodic
protection process of these rigid pipelines demands the
installation of a determined quantity of anodes for the
corrosion protection. The anodes contact with the pipes is
established through anode pads. These pads create
geometrical imperfections at pipe wall thickness, resulting
in strain concentration areas during the reeling process at
installation vessels. This dissertation proposes
to understand and quantify the pads installation effects
with reference to the introduction of strain concentrations
and its influence on the pipe buckling strength during the
reeling process. The pipe buckling failure study during the
reeling process requires the evaluation of longitudinal
strains for the comparison with the standards defined
criteria. This evaluation proposes the use of analytical
and numerical calculation methods. From the developed
study, it was possible to propose a flow chart for the
evaluation of pipes with anode pads. From this, it was
possible to define a newer strain limit value, in the event
of a simplified reeling analysis is not in agreement with
the standards proposed criteria. Considering that
anode pads study is only one example to represent the
strain concentration elements during reeling process, the
herein presented methodology can be applied to other types
of parts attached to the pipelines, for the evaluation of
buckling failures.
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[en] BEHAVIOR OF TEXTILE REINFORCED CONCRETE (TRC) SLENDER COLUMNS SUBJECT TO COMPRESSION / [pt] COMPORTAMENTO DE PILARES ESBELTOS DE CONCRETO TÊXTIL (CT) SUJEITOS A COMPRESSÃOFERNANDA CRISTINNA ALONSO DOS SANTOS 03 December 2018 (has links)
[pt] Este trabalho tem como objetivo investigar o desempenho de pilares de Concreto Têxtil (CT) sujeitos a compressão. Um programa experimental foi conduzido incluindo caracterização do material, ensaios de flexão de quatro pontos em placas e ensaios de compressão em pilares retangulares e de seção I com diferentes comprimentos e condições de contorno. Um modelo normal-momento-curvatura de um grau de liberdade foi proposto e seus resultados, utilizando propriedades do material determinadas experimentalmente, são comparados aos obtidos para os ensaios de flexão de quatro pontos, para validação. Curvas força-deslocamento obtidas experimentalmente são apresentadas juntamente com as cargas máximas e modos de falha e o modelo numérico é usado para determinar imperfeições, bem como para dar suporte à análise de resultados. As influências de imperfeições e propriedades mecânicas do concreto no comportamento do pilar real são discutidas e é mostrado que a resistência à tração do concreto tem uma forte influência na carga de pico de pilares com maior esbeltez. Foram observadas reduções de capacidade de até 53,6 por cento em relação às esperadas para um pilar perfeito e é mostrado que o modelo pode ser usado com precisão para a previsão de carga. No que diz respeito ao tecido, é demonstrado que a contribuição do reforço em membros comprimidos não deve ser desconsiderada. / [en] This work aims to investigate the performance of Textile Reinforced Concrete (TRC) columns subject to compression. An experimental program including material characterization, four-point bending tests on plates and compression tests on rectangular and I-section columns with different lengths and end conditions was conducted. A one-degree of freedom axial force-moment-curvature model is proposed and the results using experimentally determined material properties are compared to those obtained for four-point bending tests, for validation. Load vs lateral deflection curves obtained experimentally are reported along with maximum loads and failure modes and the numerical model is used to determine imperfections as well as to support the analysis of results. The influences of imperfections and mechanical properties of concrete in the actual column behavior are discussed and it is shown that the tensile strength of concrete has a strong influence in the peak load of columns with greater slenderness. Erosions of capacity up to 53.6 percent were observed with respect to those expected for a perfect column and it is shown that the model can be accurately used for strength prediction. Concerning the textile, it is shown that the reinforcement contribution should not be neglected for members in compression.
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[en] LOCAL INSTABILITY OF PIPES UNDER COMBINED LOODING / [pt] FLAMBAGEM LOCAL DE DUTOS SUJEITOS A CARREGAMENTOS COMBINADOSPATRICIA REIS VITORIA 25 February 2002 (has links)
[pt] Dutos são sistemas eficientes e seguros para o transporte
de óleo e gás. O estudo da capacidade de carga de dutos em
condições de serviço envolvendo o transporte de
produtos agressivos e sujeitos a altas temperaturas e
pressões ganha atualmente maior interesse dada a severidade
das condições de operação e a crescente necessidade de
manutenção e adaptação dos dutos existentes às condições
atuais de serviço. No entanto,a presença de defeitos e
imperfeições em segmentos de dutos pode ocasionar a redução
na resistência do mesmo e eventualmente sua falha.
Este trabalho tem como objetivo a previsão do comportamento
de dutos sujeitos a cargas combinadas, tendo em vista os
carregamentos que podem ocorrer em campo.
São contemplados nestes carregamentos efeitos térmicos,
movimentos geotécnicos,pressão de operação. No caso de
assentamento de solo, o duto pode estar submetido a
efeitos de flexão que resultam em curvaturas excessivas.
Como consequência ocorre a flambagem local do duto e
desenvolvem-se rugas. Nestas condições podem surgir
deformações acima dos valores limites estabelecidos em
normas.Tendo em vista a natureza tri-dimensional do
problema e a investigação do fenômeno de flambagem local,
faz-se necessário o entendimento do comportamento
tridimensional de cascas em condições de grandes
deslocamentos e grandes deformações em regime elasto-
plástico.Neste trabalho desenvolvem-se alguns modelos para
a previsão do comportamento de dutos submetidos a cargas
combinadas. Procura-se reproduzir as condições de ensaio de
laboratório de modo a se desenvolver um modelo de previsão
confiável. Para tal foram tomados como referência alguns
resultados de ensaios disponíveis na literatura. Aspetos de
modelagem de condições de contorno e carregamento são
enfocados. Dado o desenvolvimento de rugas e de grandes
deformações estão presentes também outros aspectos
importantes da modelagem como o aparecimento de regiões de
auto-contato nas rugas.Alguns exemplos numéricos analisados
com o programa comercial de elementos finitos ABAQUS são
apresentados. / [en] Pipelines are efficient and safe systems for the transport
of oil and gas. The study of the load capacity of these
systems under functional conditions which include
the transport of aggressive products under high
temperatures and pressures has gained larger interest due
to the severe operation conditions and growing needs for
maintenance and adaptation of the existing pipelines to
these conditions. However, the presence of defects and
imperfections in pipe segments may lead to reduction of
resistance and eventually to failure.
The scope of this dissertation is the prediction of the
behavior of pipelines subjected to combined load conditions
and sequences till collapse, reproducing those which occur
on field and in laboratory tests. Axial forces, internal
pressure and bending are applied to the model in order to
reproduce thermal effects, operating pressure and
ground movements. In the case of soil settlement the
pipeline may be subject to bending effects which result in
excessive curvatures. As a consequence local buckling
occurs with the development of wrinkles. Under these
conditions strains above those recommended in the codes can
take place.Due to the three dimensional nature of the
problem the investigation of the local buckling phenomena,
requires the understanding of the behavior shells under
large displacement and large strain conditions in elasto-
plastic regime.In the present work some models are
developed for the prediction of the behavior of pipelines
subjected to combined loading. Validation of these models
allows us to accompany and establish experimental programs.
Some reference laboratory results available in the
literature are included. Aspects of the modeling such as
boundary and loading conditions, material modeling
and solution procedure are addressed. The development of
wrinkles and large deformations brings into the model
additional aspects such as the presence of self-contact
areas. Numerical examples are analyzed using the commercial
finite element program ABAQUS.
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[en] ANALYTICAL MODEL FOR STABILITY ANALYSIS OF TUBES ON ELASTIC MEDIA / [pt] MODELO PARA ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE DUTOS EM MEIO ELÁSTICORAFAEL CARREIRO CARLETTI 04 April 2002 (has links)
[pt] Com o crescimento e avanço da indústria do petróleo há
necessidade de se ter melhores condições de transporte
para líquidos e gases. Há preocupações com a economia de
materiais nas estruturas que os transportam e com as
questões ambientais como vazamentos.Meios de transporte
de líquidos e gases muito usados são dutos cilíndricos,
tubulações apoiadas ou enterrados no solo. É muito
importante conhecer melhor as propriedades estruturais dos
cilindros, como boa estabilidade sob cargas de compressão
e momentos.O avanço da análise computacional nos permite
desenvolver modelos matemáticos sofisticados para a
análise por Elementos Finitos.O estudo objetivou elaborar
um arcabouço teórico para análise estrutural de dutos
ou tubulações, com base em modelos de elementos finitos
de viga (com efeitos de deformações axiais e de flexão),
enriquecidos com modos de deformação de cascas
cilíndricas. Esses modos deverão conter o modo
assimétrico e alguns poucos modos de mudança de forma da
seção transversal. O elemento finito desenvolvido terá
formulação hierárquica com combinação de modos
polinomiais e trigonométricos. Também será incluído o
efeito de contenção do tubo em meio elástico do tipo
Winkler. Foram estudados problemas básicos de análise
estática e flambagem de tubos em meio elástico,
utilizando-se um programa de computação numérica e
simbólica (Mathcad), variandose a geometria dos tubos e
as constantes do meio elástico. Os resultados obtidos
foram as cargas críticas e respectivos modos de
flambagem, que foram comparados com os resultados
teóricos existentes. / [en] With the growth and advance of the petroleum industry there
is a need for better transportation facilities for liquid
and gaseous materials. Concerns are raised with respect to
savings in materials in structures and environmental
problemas connected with failures and spills. Usual
transportation media are cilindrical tubes, functioning as
pipelines embedded in the soil or supported by it. It is
quite important to know better the structural properties of
cilinders, such as its stability when subjected to
compressive forces and moments. The advances in
computational analysis allow us to develop new
sophisticated mathematical models for finite element
analysis.The objective of this work is to provide an
analytical model for structural analysis of pipelines,
based on beam finite elements (including axial and bending
deformation), enhanced with cylindrical shell deformation
modes. The resulting finite element has a hierarchical
formulation with combination of convencional polinomial
modes and trigonometric functions. The effect of a Winkler-
type elastic foundation is also included.Basic examples of
static and buckling analysis of tubes in elastic media are
studied, using a program for numerical and symbolic
computation (Mathcad), varying the tube geometry and the
foundation constants. The results obtained are critical
loads and respective buckling modes, which are compared to
the available theoretical results.
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[pt] FLAMBAGEM HELICOIDAL EM POÇOS VERTICAIS NOS TRECHOS DE REVESTIMENTOS DE SUPERFÍCIE LIVRE / [en] HELICAL BUCKLING IN VERTICAL WELLS IN SURFACE FREE CASINGSLEONARDO RAMALHO MACHADO 28 November 2016 (has links)
[pt] Com o advento dos campos do Pré-sal brasileiro, a indústria nacional de
óleo e gás se concentra cada vez mais em vencer os desafios impostos na
explotação desses novos reservatórios. A construção de poços nesse cenário passa
por uma série de dificuldades que tem sido sistematicamente vencidas ao longo do
tempo, de forma que o tempo de contrução dos poços passa por intenso processo
de redução. A estimativa é que o tempo atual de construção dos poços foi
reduzido pela metade desde que foram perfurados os primeiros poços e o próximo
desafio da Petrobras é possibilitar que haja redução de tempo drástica na mesma
proporção até o ano de 2020. Isso será possível apenas se novas técnicas forem
desenvolvidas, pois acredita-se que os poços estejam sendo construídos próximo
do limite de otimização das técnicas existentes até o momento. Os revestimentos
de superfície necessitam ser assentados no topo da formação de sal, o que
demanda comprimentos da ordem de 1000 m ou mais. Infelizmente, por questões
de volumetria operacional do bombeio de cimento e resistência à fratura das
camadas de solo iniciais, não há retorno de cimentação na fase de superfície para
o leito marinho. Esse fato leva ao aparecimento de comprimentos livres desses
revestimentos com cerca de 500 m. Como o revestimento condutor é perfurado e
cimentado, as resitências de fundação do poço são suficientes para suportar as
cargas axiais oriundas da instalação dos revestimentos e equipamentos submarinos
instalados no poço, uma vez que essas são descarregadas no sistema condutorsolo.
O tempo de construção de poços pode ser reduzido sistematicamente em
cerca de 2 dias caso se utilizem as técnicas de base-torpedo ou jateamento para
assentamento do condutor. No entanto, a resistência do sistema condutor-solo é
insuficiente para suportar as cargas axiais instaladas no poço. Isso significa que o
revestimento de superfície passa também a suportar as cargas axiais do poço, o
que pode levar o mesmo a flambar de forma helicoidal com consequente aumento
nos níveis de tensão e deslocamentos indesejáveis. A formulação analítica
disponível para o cálculo desses parâmetros deve ser posta à prova para que haja
segurança nos projetos que levem em conta inícios de poços alternativos, que
embora mais econômicos, devem ainda possuir elevada confiança na integridade
estrutural. O presente trabalho se dedicou a desenvolver de forma clara um
procedimento numérico robusto utilizando FEA em software comercial, o Abaqus,
para avaliar os efeitos de elevadas cargas axiais sobre o trecho livre do
revestimento de superfície e avaliar as consequências da sempre inevitável
flambagem. O objetivo final é alcançado, uma vez que as análises numéricas e
uma superposição de formulações analíticas de simples utilização demonstram
uma boa aderência entre si. Além disso, é constatada uma nítida tendência linear
entre o fator de atrito e o deslocamento do SCPS. Tal tendência pode ser
explorada em trabalhos futuros para incorporação nas formulações analíticas deste
parâmetro invariavelmente negligenciado no equacionamento das mesmas. / [en] With the advent of the Brazilian Pre-salt oil fields, the national oil and gas
industry focuses increasingly on winning the challenges in the exploitation of
these new reservoirs. The well construction in this scenario involves a number of
difficulties wich have been overcome consistently over time, so that it undergoes
intense time reduction. The estimate is that the current time of well construction
has been reduced by half since the first drilled wells and the next challenge
Petrobras is willing to make is a drastic time reduction at this same rate until the
year 2020. This will be possible only if new techniques are developed, as it is
believed that the wells are being constructed near the limits of optimization of the
current techniques. Surface casings need to be seated on the top of salt formation,
which requires lengths on the order of 1000 m or more. Unfortunately, due to
operating volumes related to the cement pumping volume capacity and fracture
resistance of the initial soil layers, there is no return of cement to the mudline.
This fact leads to free lengths of these casings with about 500 m. As the conductor
casing is drilled and cemented, the well foundation resistances are sufficient to
withstand the axial loads originated from the installation of additional casings and
subsea equipment, since these are discharged into the conductor-soil system. The
well construction time can be reduced systematically by about 2 days if using
torpedo base or jetting techniques to seat the conductor. However, both soilresistance
systems are insufficient to withstand axial loads installed in the well.
This means that the surface casing also starts to bear axial loads of the well, which
can lead to its helical buckling with a consequent increase in stress levels and
undesirable displacements. The analytical formulation available for the calculation
of these parameters should be put tho the test so safety can be taken into account
for alternative well s foundation designs, which although more economical, should
still have high reliability in the structural integrity. This work is dedicated to
develop a robust numerical procedure using FEA in a commercial software,
Abaqus, to evaluate the effects of high axial loads on the free length of the surface
casing and the consequences of an always inevitable buckling. The ultimate goal
is achieved, since the numerical analysis and a superposition of simple analytical
equations demonstrate good adhesion to each other. Moreover, a clear linear
dependency is found between the friction factor and the displacement of the top of
the casing. This trend can be explored in future research for incorporation into
analytical formulations of this parameter invariably neglected in addressing them.
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[pt] APLICAÇÃO DO MÉTODO DA RESISTÊNCIA DIRETA AO DIMENSIONAMENTO DE VIGAS CASTELADAS / [en] APPLICATION OF THE DIRECT STRENGTH METHOD TO THE DESIGN OF CASTELLATED BEAMSCHRISTOVAM DE MORAES WEIDLICH 04 January 2021 (has links)
[pt] Essa pesquisa possui como objetivo investigar os mecanismos de vigas casteladas quanto à sua estabilidade e interação entre modos de flambagem lateral com torção (FLT) e local do tê comprimido (FT). São verificadas as capacidades resistentes de vigas casteladas e, subsequentemente, uma abordagem baseada no Método da Resistência Direta é proposta. As normatizações e guias de dimensionamento atuais tratam dos modos de falha de maneira pouco clara ao considerar a possível interação entre eles, evidenciando a necessidade de estudos e de um método que considere tais efeitos. É realizado um amplo estudo constituído por um universo de 197 vigas casteladas do tipo Litzka biapoiadas sujeitas à flexão pura por meio de modelagem e simulação por análises de elementos finitos lineares e não lineares de material com imperfeições geométricas. Os modelos são validados e o momento último resistente é computado, bem como os momentos críticos dos modos de flambagem global e local. Por fim, são aplicados os conceitos do Método da Resistência Direta e, através de regressão, são propostas equações para previsão do momento nominal resistente levando em conta a interação entre modos de flambagem global e local. Os resultados são comparados com a atual normatização demonstrando melhores valores de previsão para todos os casos, principalmente os que são governados pelo modo local de falha e/ou pela interação dos modos de flambagem. É evidenciada certa discordância dos resultados propostos pelas normas e guias atuais em alguns casos quanto ao dimensionamento à flexão de vigas casteladas, podendo sub ou superestimar sua resistência. / [en] The objective of this research is to investigate the stability mechanisms of castellated beams and the interaction between lateral-torsional and compression tee local buckling modes. A verification of the strength capacity of castellated beams is carried out. Subsequently, an approach based on the Direct Strength Method is proposed for the design of these beams. The treatment of failure modes by current standards and design guides is unclear when considering possible interactions between buckling modes, thus there is a need for more studies and for the development of a design method that takes into account these effects. Firstly, a comprehensive study of 197 simply supported Litzka castellated beams under pure bending moment is carried out. The study involves finite element analyses considering both linear behavior and nonlinear behavior that, which included both material nonlinearity and geometric imperfection. The models are then validated. After computing the moments associated with critical local and global failure modes, and the ultimate moments, along with their respective modes, an approach based on the Direct Strength Method is performed. Equations that consider the interaction for nominal moments prediction are obtained through regression. The developed equation is then compared with current standards procedures. The results show that the proposed equation predicts better values for strength prediction in all cases, especially those in which local and/or interaction failure modes govern the behavior of the beam. The results also show that some of the procedures suggested in standards and guides for the design of castellated beams under flexure, either underestimate or overestimate the failure moment.
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[en] FAILURE MODES AND STRENGTH PREDICTION OF LATERALLY BRACED LITZKA-TYPE STEEL CASTELLATED BEAMS / [pt] MODOS DE FALHA E PREVISÃO DA RESISTÊNCIA DE VIGAS CASTELADAS DE AÇO DO TIPO LITZKA TRAVADAS LATERALMENTEJOAO JOSE VENEL BRAGA 19 April 2022 (has links)
[pt] As vigas casteladas estão sujeitas aos modos de falha devido a plastificação
(plastificação do tê e mecanismo de Vierendeel) e flambagem (flambagem do
montante da alma e flambagem do tê). O tê é a parte da seção transversal na
localização da abertura e o montante da alma a região entre duas aberturas
adjacentes. Esses modos de falha são tratados no manual do AISC (Design Guide
31) de vigas casteladas como modos individuais. Nesse manual, os esforços locais
no tê são calculados através de uma analogia com a viga Vierendeel e a interação
entre os modos de falha nessa região são considerados a partir de uma equação de
interação. Embora estas verificações estejam coerentes, esse dimensionamento
pode ser demasiadamente conservador por não considerar outros fatores como, por
exemplo, a resistência pós-crítica. Todavia, estes fatores só podem ser considerados
a partir de análises não lineares incluindo a não linearidade do material, não
linearidade geométrica e imperfeição geométrica inicial. O presente trabalho tem
por objetivo investigar os modos de falha das vigas casteladas do tipo Litzka
travadas ao longo do comprimento, descartando assim, modos de falha por
flambagem lateral com torção, usando o método dos elementos finitos. Neste
trabalho, são avaliadas a influência da interação entre os elementos constituintes da
seção transversal (isto é, mesa e alma), a interação entre modos de falha individuais
e a reserva de resistência pós-crítica. Foi desenvolvida uma equação semi-analítica
relacionando os parâmetros não dimensionais da seção transversal e a razão
momento/cortante. Desse modo, foi possível classificar uma dada viga castelada,
com geometria e carregamento, quanto ao seu comportamento dominado pela
flexão (viga longa) ou pelo cisalhamento (viga curta). Em conjunto com uma
esbeltez não dimensional (dependendo da carga crítica e da carga de plastificação)
inspirada no Método da Resistência Direta. A partir destes parâmetros foi possível
definir um mapa, que permitiu ordenar os modos de falha em regiões
predeterminadas. Finalmente, foi realizado um estudo paramétrico, variando a
geometria da viga castelada e considerando diferentes razões momento/cortante.
Com base nesses resultados foi proposta uma equação do tipo Winter para obter a
capacidade a flexão e ao cisalhamento de vigas casteladas com geometrias usuais. / [en] Castellated beams may experience failure modes associated to plastification
(plastification of the tee section and Vierendeel mechanism) and buckling (webpost buckling and tee torsional buckling). The term tee is used to refer to the
section described by the portion of the web and the flange where there is an opening
and web-post is the portion of the section between two adjacent openings. The
AISC design Guide 31 addresses each of these modes separately. There, the local
forces in the tee section are calculated by an analogy to a Vierendeel beam and the
interaction between the failure modes in the tee section is accounted for by an
interaction equation. Although this methodology is consistent, it can be excessively
conservative because it does not account for other factors, such as, the post-buckling
resistance. However, these factors can only be assessed when nonlinear simulations
including both material and geometry nonlinearities and initial imperfection are
considered. The present work aims to investigate the failure modes of laterally
braced Litzca-type castellated beam using the finite element method. In this work,
aspects such as mutual influence of the constituent parts to the behavior (i.e., flange
and web), interaction of individual modes and post-buckling reserve of strength
were evaluated. A semi analytical equation based on geometrical non dimensional
parameters and on the ratio of moment and shear load was developed. This way, a
given castellated beam could be classified by its geometry and load in relation to
the flexure (long beam) or shear behavior (short beam). In addition, together with a
non-dimensional slenderness (depending on the plastic and buckling loads) inspired
in the Direct Strength Method, a map was created that allowed the organization
of the failure modes in pre-defined regions. Finally, a parametric study was carried
out varying the geometry of the castellated beam and considering different ratios of
moment to shear loads. Based on these results, a Winter-type equation was proposed
to assess the load capacity of beams with typical geometries.
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[en] EVALUATION OF REFINED MODELS FOR INSTABILITY AND VIBRATION OF TWO-DIMENSIONAL STRUCTURE / [pt] AVALIAÇÃO DE MODELOS REFINADOS PARA INSTABILIDADE E VIBRAÇÕES DE ESTRUTURAS BIDIMENSIONAISELAINE CRISTINA RODRIGUES PONTE 19 February 2008 (has links)
[pt] Este trabalho consiste em desenvolver e avaliar modelos
clássicos de
elementos finitos combinados com funções polinomiais
adicionais, para a
obtenção de cargas críticas de instabilidade e freqüências
naturais de estruturas
planas, com seus respectivos modos. O objetivo consiste em
buscar uma
sistemática confiável para obter estimativas de
deformações localizadas em
regime próximo ao colapso. Utiliza-se o método dos
Elementos Finitos em
combinação com o método clássico de Rayleigh-Ritz. Como
elemento
fundamental para tal estudo, emprega-se o elemento
retangular de Barber-Weaver,
que contém quatro nós, cada nó com duas translações e duas
rotações
independentes (equivalentes a uma rotação e uma distorção
angular). Esse
elemento é enriquecido com funções de deslocamentos
adicionais internas e de
contorno, em forma de séries polinomiais gerais. Esse
conjunto de funções é
incorporado nas expressões de energia para levar ao
estabelecimento de matrizes
de rigidez elástica, geométrica e de massa. Tais matrizes
permitem estabelecer
problemas generalizados de autovalor para obtenção de
cargas críticas e
freqüências, e respectivos modos de flambagem e vibração.
Para os estudos
numéricos comparativos apresentados nos exemplos, são
implementadas diversas
rotinas usando o software Maple 9.0. Os resultados mostram
que a metodologia
apresentada pode ser usada no desenvolvimento de uma
técnica aplicável à
obtenção de modos globais e localizados de instabilidade,
quando há a
combinação de efeitos não lineares geométricos e de
material. / [en] This work consists in developing and evaluating classical
of finite element
models combined with additional polynomial functions, to
obtain critical loads of
instability and natural frequencies of plane structures,
and respective modes. The
objective is to search for a reliable technique to get
estimates of localized
deformations near to collapse. The Finite Elements method
is used in combination
with the classic method of Rayleigh-Ritz. As a basic
element for such study, the
rectangular element of Barber-Weaver is used, containing
four nodes, each one
with two translations and two independent rotations
(equivalents to a rotation and
an angular distortion). This element is enriched with
additional internal
displacement functions and with functions on the boundary,
forming general
polynomial series. These nodal functions are incorporated
in the energy
expressions leading to the establishment of elastic
stiffness, geometric, and mass
matrices. Such matrices allow the establishment of
generalized eigenvalue
problems to obtain critical loads and frequencies, and the
respective modes of
buckling and vibration. For the comparative numerical
studies presented in the
examples, several routines are implemented using software
Maple 9.0. The results
show that the methodology presented herein can be used in
the development of an
applicable technique to the ascertainment of instability
in global and located
modes, when there is a combination of geometric nonlinear
and material effects.
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[en] PERFORMANCE AND COMPRESSIVE STRENGTH OF PULTRUDED GLASS-FIBER REINFORCED POLYMER (GFRP) SHORT ANGLES / [pt] DESEMPENHO E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE CANTONEIRAS PULTRUDADAS CURTAS DE POLÍMERO REFORÇADO COM FIBRA DE VIDRO (PRFV)BÁRBARA SUMIE TOGASHI 17 August 2017 (has links)
[pt] Este trabalho tem como objetivo investigar o desempenho e a resistência de cantoneiras curtas de abas iguais pultrudadas em polímero reforçado com fibra de vidro (PRFV) submetidas à compressão centrada de curta duração. Os fundamentos teóricos associados ao comportamento de cantoneiras perfeitas e reais são apresentados e os resultados de um programa experimental que envolveu caracterização dos materiais e ensaios à compressão são reportados e discutidos. Ao todo, vinte e uma colunas bi-engastadas com diferentes razões largura/espessura das abas, comprimentos e propriedades mecânicas foram testadas. As forças críticas experimentais para o modo de flambagem à flexo-torção foram determinadas e comparadas com as previsões teóricas, apresentando boa concordância. A resistência à compressão de cada coluna foi obtida experimentalmente, discutindo-se a influência do comportamento pós-flambagem e das imperfeições na capacidade de carga final com relação à esperada para coluna perfeita e, finalmente, uma equação para resistência de coluna é proposta para resolver o problema. / [en] This paper aims to investigate performance and strength of glass-fiber reinforced polymer (GFRP) pultruded short equal leg angle columns subject to short-term concentric compression. Background theories associated with the behavior of perfect and real angle struts are presented and the results of an experimental program that involved material characterization and compression tests are reported and discussed. In all, twenty-one fixed-ended columns having different leg width-to-thickness ratio and lengths and mechanical properties were tested. Experimental critical loads for flexural-torsional buckling mode were determined and compared with theoretical predictions, showing a good agreement with each other. Compressive strength for each column was obtained, the influence of post-buckling behavior and imperfections in the final load-carrying capacity with respect to that expected for perfect column condition is discussed and, finally, a column strength equation is proposed to address the problem.
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[pt] ANÁLISE DA INSTABILIDADE DE ESTRUTURAS TIPO GRIDSHELL / [en] STABILITY ANALYSIS OF GRIDSHELLSERIC ALLONSO OLIVEIRA ALVES 21 September 2020 (has links)
[pt] Gridshells são estruturas leves que combinam eficiência e arquiteturas atraentes. Devido ao fato de a transmissão de esforços ocorrer majoritariamente por compressão, esse tipo de estrutura é suscetível a flambagem. Este estudo buscou avaliar como determinados fatores influenciam na instabilidade desse tipo de estruturas e, assim, estabelecer pontos de referência para o desenvolvimento de projetos. Foi realizado um estudo paramétrico de gridshells de malha quadrangular reforçados por cabos a partir de simulação numérica, em que foi investigado o efeito da presença de cabos, o efeito do nível de protensão e efeito de imperfeições iniciais. Os resultados mostraram um benefício geral com o reforço de cabos, aumentando de maneira considerável a carga de flambagem da estrutura, além de proporcionar um aumento nas frequências naturais do sistema. Contudo, os resultados mostraram uma redução significativa na resistência a flambagem, bem como uma alteração nas frequências naturais com a presença de imperfeições. Desse modo foi possível concluir que gridshells são estruturas altamente não lineares e sensíveis a imperfeições, tanto no aspecto dinâmico como estático. / [en] Gridshells are lightweight structures that combine efficiency and attractive architecture. Due to the fact that the load is mainly carried by compression, this type of structure is susceptible to buckling, thus the stability check is essential. This study investigated how certain factors influence the stability of this type of structure and targeted reference points for the designers. A parametric study was conducted through numerical simulations, in which it was investigated the effect of the presence of a cable net, the level of prestress on the cables and the effect of initial imperfections. The results showed a benefit from the adoption of the cable net as a reinforcement, increasing considerably the buckling load, as well as the natural frequencies of the system. However, a significant reduction of the buckling load and a change in the natural frequencies with the presence of the imperfection were observed. Thus, it was concluded that gridshells are highly nonlinear structures and sensitive to imperfections, so much in the static aspect as dynamically.
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