Orientador: Loir Afonso Moreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paschoalini_AmarildoTabone_M.pdf: 45342195 bytes, checksum: f7de9b3d233ba2a85887ce0fe5967b08 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Em 1970, Ahmad apresentou uma formulação, para análise de placas e cascas, baseada na degeneração de um elemento tridimensional, através da redução de sua dimensão na direção da espessura. O campo de deslocamento era, então, interpolado a partir das funções de forma da família Serendipity e, para a obtenção das características do elemento, utilizava-se integração numérica consistente. Os resultados obtidos por esse elemento foram excelentes para situações de placas e cascas moderadamente grossas, atendendo, portanto, à teoria de Mindlin-Reissner; contudo, com a redução da espessura, o elemento tomava-se, excessivamente, rígido e os resultados não tendiam, como era de se esperar, àqueles da teoria clássica de Kirchhoff para placas e cascas finas. O objetivo deste trabalho é o estudo comparativo, na análise dinâmica de placas e cascas, entre o desempenho, utilizando-se integração numérica consistente, do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático, da família Serendipity e do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático, da família Lagrangeana, obtidos, ambos, a partir da formulação de Ahmad; pretende-se estabelecer, dentre os dois elementos, qual é o mais adequado para iniciar o desenvolvimento de um elemento finito subparamétrico do tipo hierárquico, baseado no conceito da aproximação p, visando retirar a característica de rigidez excessiva do elemento de Ahmad, para situações de placas e cascas finas / Abstract: In 1970, Ahmad presented a fonnulation for the analysis of plates and shells, based on the degeneration of three-dimensional solid element, by reducing its dimension in the thickness direction. The displacement field was then interpolated through the shape functions of Serendipity family and, in order to achieve the element characteristics, consistent numerical integration was used. The obtained results were excellent for moderately thick plates and shells applications, being in accordance with the Mindlin-Reissner's theory; however, with the reduction ofthe thickness, the element became excessively rigid and the results did not tend to those of the KirchhofJ's theory for thin plates and shells. The purpose of this work is the comparative study in the dynamic analysis of plates and shells conceming the perfonnance, considering consistent numerical integration, of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Serendipity family and of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Lagrangean family, achieved, both, from the Ahmad's fonnulation; one intends to establish, between both elements, which is the most adequate to start the development of a subparametric hierarchical element, based on the p approximation concept, objectifying to remove the characteristic of excessive rigidity of the Ahmad's element for the situations of thin plates and shells / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T22:55:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martini_JoseNilton_M.pdf: 7982573 bytes, checksum: 32a2da76b3073d915b207aea2000e10e (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho estuda-se o problema elasto-acústico de cascas axisimétricas interagindo com fluido interior. Os modelos matemáticos para casca axi-simétrica, para fluido e para acoplamento são apresentados na forma de equações diferenciais. A partir das equações diferenciais são obtidas formas integrais associadas, utilizando o método dos resíduos ponderados. Assume-se uma solução harmônica para o problema. O Método dos Elementos Finitos, (MEF), aplicado as equações integrais, é utilizado para aproximação da solução. O problema é implementado computacionalmente utilizando os conceitos de programação orientada para objetos. São realizados testes para validação dos modelos obtidos e dos códigos computacionais desenvolvidos. Como resultado são obtidas as freqüências e os modos naturais de vibração dos sistemas desacoplados e do sistema acoplado. As soluções obtidas são comparadas com soluções analíticas e numéricas, bem como com resultados experimentais. Finalmente, realiza-se uma análise dos resultados obtidos e propõe-se trabalhos que darão continuidade ao tema / Abstract: This work presents a study of the elasto-acoustic problem for axisymmetric shells. The structure and the fluid are modeled by differential equations. The interface conditions between fluid and structure are presented. The derivation of the finite element formulation is based on the weak solution of differential equations presented and on the Galerkin method. A symmetric and a non-symmetric finite element formulation are derived. The Object Oriented Programming (OOP) technique are used to codify the problem. Some test cases to validade formulation and computacional codes are shown. The natural frequencies and natural modes of vibration ofaxi-symmetric shells, acoustic cavities and the coupled problem are presented. The solutions obtained from this formulation are compared to analytical, numerical and experimental data / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Francisco Antonio Menezes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-23T12:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SlhessarenkoFilho_Leonardo_M.pdf: 3999127 bytes, checksum: 83e6ca3cb7bdc3be8824dad8b3913cb8 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho trata da análise de edifícios através de uma técnica discreta, baseada no método dos elementos finitos via processo dos deslocamentos, onde a estrutura é idealizada como uma associação tridimensional de vigas, lajes e pilares. Elaborou-se a partir de um ambiente computacional denominado PZ, sob o paradigma da orientação a objetos, uma série de rotinas, "classes" e "métodos" que permitem o cálculo de deformações e esforços na análise tridimensional de estruturas. O ambiente de computação científica PZ, escrito em linguagem de programação C++, é uma ferramenta computacional de múltiplos propósitos, preparado para a simulação, via método dos elementos finitos, de problemas matemáticos e de engenharia onde o fenômeno a ser analisado pode ser representado através de um conjunto de equações diferenciais parciais. Nesse ambiente, usando o conceito de hierarquia de classes, todo o código pôde ser reutilizado. Assim, aproveitando a funcionalidade do código existente, para análise do tipo elasticidade tridimensional para relações tensão/deformação, desenvolveram-se as formulações variacionais que expressam as deformações em elementos de barra e placa e implementou-se estas em classes de materiais específicos para o cálculo de "vigas", "pilares" e de "placas", derivadas de uma classe abstrata existente no PZ, chamada TMaterial. O elemento de barra foi modelado levando em conta a Teoria de Timoshenko e o elemento de placa foi modelado incorporando a Teoria de Reissner-Mindlin, onde associou-se também à formulação o efeito de membrana. Dada a generalidade das formulações, tanto o elemento de barra quanto o elemento de placa podem assumir geometrias arbitrárias (parabólicas, cilíndricas). O elemento de barra foi concebido com seis graus de liberdade por nó para permitir o perfeito acoplamento com o elemento de placa, também implementado com seis variáveis independentes por nó: três translações e três rotações. Foi elaborado um pré-processador baseado na entrada de dados do programa Ansys. Para a visualização dos resultados foram implementado no ambiente PZ alguns "métodos" onde se introduziu o conceito de "elemento gráfico", através do qual se preparam arquivos de saída de resultados adequado tal que possam ser interpretados por programas de visualização gráfica. Através de implementações computacionais apresentam-se exemplos numéricos cujos resultados foram comparados com o software Ansys, versão 5.2, mostrando a validade das formulações esenvolvidas / Abstract: This thesis is concerned with the analysis of buildings using a discrete technique based on the finite element method, via process of displacement, where the structure is idealized as a three dimensional association of beams, slabs and columns. The slabs are discretized with plate finite elements of four nodes. The columns and beams are modelled by unidimensional finite elements submitted to flexure. Based on the paradigm of the orientation to objects and using the computational environrnent PZ, a series of routines were created: "classes" and "methods", which permitted the evaluation of deformations and strains in the three dimensional analysis of structures. The scientific computational environment PZ, written in the C++ programming language, is a multiple purpose computational tool prepared for the simulation, via the finite element method, of mathematical and engineering problems, where the phenomenon to be analysed can be represented by a system of partial differential equations. ln such environment, using the concept of class hierarchy, variational formulations that express the strains in bar and plate elements by the generation of classes derived from "materials" were implemented. The classes named TTimoshenko and TPlateReissner derived from an abstract class named TMaterial existing in the PZ environment were implemented. The bar and plate elements were modelled taking into account the Theory of Timoshenko and the Theory of Reissner-Mindlin, respectively, with the membrane effect taken into consideration in the formulation.membrane effect was also associated in the formulation. Considering the generality of the formulation, both the bar and plate elements can assume arbitrary geometric shapes.The bar element was conceived with six nodal degrees of freedom in order to allow the coupling with the plate element, which also has six nodal degrees of freedom: three translations and three rotations. A pre-processor based on input files created by the programme Ansys was prepared. To the visualization of the results some "methods" allow the the preparation of files containing the answers of the analysed structure that are suitable to be interpreted by softwares of graphic visualization. The examples presented to confirm the validation of the present computational implementation where always compared with the results obtained with similar simulations realized by the software Ansys / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Aloisio Ernesto Assan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-28T13:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VillegasSusaya_Wilber_M.pdf: 2815980 bytes, checksum: 18be25adff35e477fc57a7433778e87d (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O presente trabalho foi desenvolvido de um ponto de vista computacional, utilizando métodos matemáticos para a solução de equações não-lineares, aplicando o método dos elementos finitos a estruturas de concreto armado. O método do elementos finitos, aplicado à analise de estruturas, em forma geral, conduz a um sistema de equações que no caso não-linear exige algoritmos matemáticos mais refinados e/ou métodos iterativos que realizem uma linearização a cada passo do incremento de carga. O elemento finito adotado é cilíndrico circular com quatro nós e 5 graus de liberdade por nó tendo funções de forma baseadas em deformações pré-estabelecidas. Para representar o concreto como, se verá no capitulo 3 desta pesquisa, foi adotado o modelo de Darwin e Pecknold [26], que considera o concreto com comportamento ortotrópico. O aço é tratado da maneira usual com a Teoria da Plasticidade. A solução do problema não-linear que vem sendo utilizada pelo orientador é do tipo incremental-iterativa com o Método de Newton-Raphson e reformulando a matriz de rigidez a cada iteração. Nesta Dissertação foi implementado ao programa de computador desenvolvido pelo orientador um método Quase-Newton conhecido por BFGS. Os resultados obtidos analisando três cascas mostraram que não houve praticamente alterações nos resultados. Para os casos aqui tratados a utilização do método NewtonRaphson continua sendo a melhor opção, uma vez que o trabalho computacional é menor / Abstract: Nonlinear analysis of reinforced concrete circular cylindrical shell using a Quasi-Newton method. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Universidade estadual de Campinas, 2000. This work was developed from a computational point of view, using mathematical methods for the solution of linear equations, applying the finite element method to reinforced concrete cylindrical shell structures. The finite element method, applied in the analysis of structures, in a general way, leads to a system of nonlinear equations that demands more refined mathematical algorithms and/or incremental-iterative methods that transform the nonlinear system in a linear one during every load step. The finite element used herein is circular cylindrical with four nodes and five nodal degrees of freedom, based on strain functions rather than the usual formulation based on independent displacement. The concrete was simulated using Darwin and Pecknold's model, considering orthotropic behavior. The reinforcement was treated in the usual way, considering the theory of plasticity. The solution of the nonlinear problem that was used by the adviser of this Dissertation is an incremental-iterative one coupled with the Newton-Raphson method, reformulation the stiffness matrix at every iteration. In this work a Quasi-Method with the BFGS search technique was implemented, with modifications in routines that treat the nonlinear solution. The results obtained in the analysis of three circular cylindrical shell structures, did not show considerable differences with those found with the Newton-Raphson approach. For the cases analyzed herein, the Newton-Raphson method is still the best option since the computational effort is smaller / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

O Método dos Elementos Finitos é a forma mais difundida de análise estrutural numérica, com aplicações nas mais diversas teorias estruturais. Contudo, no estudo das cascas e alguns outros usos, suas deficiências impulsionaram a pesquisa em outros métodos de resolução de Equações Diferenciais Parciais. O presente trabalho utiliza uma dessas alternativas, o Método de Galerkin Livre de Elementos (Element-Free Galerkin) para estudar as cascas. Inicia com a observação da aproximação usada no método, os Moving Least Squares e os Multiple-Fixed Least Squares. A seguir, estabelece uma formulação que combina a teoria de placas moderadamente espessas de Reissner-Mindlin à teoria da Elasticidade Plana e se utiliza da aproximação estudada para analisar placas e chapas deste tipo. Depois, expõe uma teoria geometricamente exata de cascas inicialmente curvas onde as curvaturas iniciais são impostas como deformações livres de tensão a partir de uma configuração de referência plana. Tal teoria exclui a necessidade de coordenadas curvilíneas e consequentemente da utilização de objetos como os símbolos de Cristoffel, já que todas as integrações e imposições são feitas na configuração plana de referência, em um sistema ortonormal de coordenadas. A imposição das condições essenciais de contorno é feita por forma fraca, resultando em um funcional híbrido de deslocamentos que permite a maleabilidade necessária ao uso dos Moving Least Squares. Esse trabalho se propõe a particularizar tal teoria para o caso de pequenos deslocamentos e deformações (linearidade geométrica), mantendo a consistência das definições de tensões e deformações generalizadas enquanto permite uma imposição da forma fraca resultante, depois de discretizada, por um sistema linear de equações. Por fim, exemplos numéricos são usados para discutir sua eficácia e exatidão. / The Finite Element Method is the most spread numerical analysis tool, applied to a wide range of structural theories. However, for the study of shells and other problems, some of its deficiencies have stimulated research in other methods for solving the derived Partial Differential Equations. The present work uses one of those alternatives, the Element Free Galerkin Method, for the study of shells. It begins with the observation of the approximation used in the method, Moving Least Squares and Multiple-Fixed Least Squares. Then, it establishes a formulation that combines the Reissner-Mindlin moderately thick plate theory with plane elasticity, and uses the proponed approximation to analyze such plates and stabs. Afterwards, it demonstrates a geometrically exact shell theory that accounts for initial curvatures as a stress-free deformation from a flat reference configuration. Such theory precludes the use of curvilinear coordinates and, subsequently, the use of objects such as Cristoffel symbols, as all integrations and impositions are done in the flat reference configuration, in an orthogonal frame. The essential boundary conditions are imposed in a eak statement, rendering a hybrid displacement functional that provides the necessary conditions for the use of Moving Least Squares. This works main objective is the particularization of this theory for the small displacement and strains assumption (geometrical linearity), keeping the consistent definition of generalized stresses and strains, while allowing the imposition of the discretized weak form through a system of linear equations. Lastly, numerical simulations are carried out to assess the methods efficiency and accuracy.

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T04:16:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChoquehuancaCondori_MiriamPatricia_M.pdf: 4529351 bytes, checksum: a025230362e01b26a4c17a7775ab9818 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar a teoria atual e estudar o comportamento dinâmico de reservatórios cilíndricos de concreto armado, apoiados no solo, para armazenagem de líquidos e submetido a ações sísmicas, baseado nas normas vigentes nos EUA (ACI 350), Europa (EUROCODE 8), Peru (NTE 030) e Brasil (NBR 15421). São utilizados diferentes tipos de análises a fim de verificar, através da comparação de resultados, se as normas e recomendações disponíveis hoje em dia são equivalentes e adequadas para a realidade brasileira. Entre os modelos para a análise hidrodinâmica temos os modelos de Malhortra, Haroun, Newmark & Rosemblueth e o modelo mecânico de G. W. Housner, sendo este último o procedimento para projetos sísmicos mais comuns para reservatórios rígidos onde a pressão hidrodinâmica do líquido é considerada dividida em duas partes: uma pressão impulsiva (impacto do líquido) e outra parte convectiva (oscilação do líquido). No Brasil não existe uma norma especifica para o projeto de reservatórios de concreto armado. A utilização da NBR 15421 "Estruturas Resistentes a Sismo-Procedimento," poderia ser insuficiente para o projeto, e possivelmente ao complementá-la com as normas sugeridas neste trabalho (ACI 350 e EUROCODE 08) há a possibilidade de encontrar contradições, ou, bem, diferenças significativas nos resultados. É apresentado o procedimento de projeto sísmico por meio de um caso pratico, além dos modelos numéricos tridimensionais com a ajuda do programa SAP2000. Considerando as propriedades elásticas e geométricas do material, a geometria do reservatório de armazenagem e o espectro de resposta da análise modal, são avaliados a força cortante e o momento na base e altura máxima de onda, através da ACI 350.3-06, EUROCODE 08, NTE 030 e NBR 15421. É ainda apresentada a comparação dos procedimentos propostos pelas quatro normas, e a influencia que cada uma delas representa neste tipo de análise. As normas americanas e européias são consideradas por serem duas referências importantes na análise dinâmica de reservatórios de concreto / Abstract: The purpose of this work will be to present the current theory and study the dynamic behavior of a reinforced concrete tank, with cylindrical form, supported in the floor, for the storage of liquid, based on the current codes in the USA (ACI 350), EUROPA (EUROCODE 8), Peru (NTE 030) and Brazil (NBR 15421), using different analysis types in order to verify by comparing results, if the codes and recommendations today are equivalent and appropriate for the Brazil reality. For the hydrodynamic analysis may mention the Malhortra, Haroun, Newmark & Rosemblueth models and the mechanic model proposed by G. W. Housner, the latter being the most common procedure for rigid tank where the hydrodynamic pressure of the liquid is considered into two parts: a impulse pressure (impulse of the liquid) and a convective pressure (oscillation of the liquid). In Brazil there is no specific code for the design of reinforced concrete tanks. The use the code of Brazil: NBR 15421 Estruturas Resistentes a Sismo - Procedimento" could be insufficient for the project, and possibly complementing with the suggested codes in this work (ACI 350 and EUROCODE 08 codes), there are some possibilities to find contradictions, or, significant differences in the results. It presents the seismic design procedure through a practical case, besides presenting three-dimensional numerical models with the help of the SAP2000 program, considering the geometric and elastic properties of the material, the geometry of the storage tank and the spectral modal dynamic analysis. Are evaluated the sheer force, moment at the base and maximum wave height, by ACI 350.3-06, EUROCODE 08, NTE 030 and NBR 15421. It will be presented the comparison of the procedures proposed by codes and the influence of each one of them presents in this analysis type. The American and European code are considered because they are an important reference in the dynamic analysis of concrete tanks / Mestrado / Estruturas / Mestra em Engenharia Civil

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T06:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaycedoGarcia_MayaSian_M.pdf: 6369697 bytes, checksum: 0216dc84287a93e820b62482c1b9b7d1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Através do uso de modelos físicos reduzidos e de simulações computacionais, este trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento mecânico das estruturas em casca de formas livres de base hexagonal. Os modelos reduzidos são submetidos a ensaios no túnel de vento de camada limite atmosférica, e às correspondentes simulações computacionais, extraindo-se dados dos coeficientes de pressão interna e externa, considerando-se os regimes laminar e turbulento. A obtenção dos coeficientes de pressão permite avaliar o comportamento da estrutura dependendo do posicionamento da abertura dominante nos casos mais críticos de sucção e pressão. A análise dos coeficientes de pressão causados pela ação do vento em edificações é um aspecto fundamental no estudo das forças que atuam em estruturas. No caso particular das construções dos tipos de cascas finas, a análise dos coeficientes de pressão permite analisar e projetar estas estruturas corretamente aproveitando suas características geométricas. Os ensaios desta pesquisa foram realizados no túnel de vento LACAF da UNICAMP, utilizando-se os modelos reduzidos construídos com materiais compostos de fibra de vidro e resina, FERREIRA (2013), e produzidos a partir dos modelos computacionais desenvolvidos por VIZOTTO (1993). Durante os ensaios no túnel de vento, foram realizadas medições de pressão em vários pontos dos modelos, tanto na superfície externa como interna da estrutura submetida à ação do vento em regime laminar e turbulento, nas três situações criticas da abertura: estrutura fechada submetida à ação do vento a 0º e 90º; estrutura com uma abertura submetida à ação do vento a barlavento (0º) e sotavento (180º); e, com duas aberturas, submetida à ação do vento a barlavento (0º) e paralelo às aberturas (90º). Os resultados dos ensaios são apresentados em curvas isobáricas e analisados através do uso de gráficos comparativos para os casos dos regimes laminar e turbulento para cada caso ensaiado. Os modelos computacionais para realizar as simulações foram baseados nos resultados dos experimentos com modelos em túnel de vento, considerando as diversas combinações nos regimes laminar e turbulento, foram gerados através da ferramenta da fluidodinâmica computacional utilizando o modelo de turbulência "SST" no software Ansys (CFX) no laboratório de informática da FEC - UNICAM. Dos resultados obtidos experimentalmente dos coeficientes de pressão pode-se observar a máxima sucção na estrutura para o caso de uma abertura com o vento atingindo à estrutura na direção de barlavento no regime turbulento e a maior pressão é observada para o caso de duas aberturas com o vento atingido paralelo às aberturas. Dos dados obtidos numericamente em relação aos dados experimentais certificasse que existe uma grande semelhança, permitindo o uso da fluodinâmica computacional como ferramenta para a análise da ação do vento em estruturas tipo casca. Cabe notar que a indisponibilidade de dados para os coeficientes de pressão para carregamentos devidos ao vento nas estruturas com este tipo de geometria cria a necessidade de proporcionar e divulgar informações, metodologias e ferramentas, como a configuração dos modelos matemáticos, que permitam aos engenheiros obter as forças devidas ao vento utilizadas para a simulação de carregamentos em projetos reais / Abstract: Through the use of reduced physical models and computer simulations, the objective of this project is to assess the mechanical behavior of free form shell type structures with hexagonal base. The reduced models are subject to atmospheric boundary layer wind tunnel tests, while computer simulations are run in parallel, that provide internal and external pressure coefficient data applicable to the structures in question under the influence of both laminar and turbulent flow regimes. The obtained pressure coefficients allow the assessment of the behavior of the structure as a function of the position of the predominant opening in the most critical suction and pressure cases. The analysis of the pressure coefficients caused by wind loads in construction is a critical area of the structural force analysis in buildings and structures. In the particular case of thin walled shell type constructions, pressure coefficient analysis is the main driver for the correct design and planning of these structures, taking advantage of their geometrical features The tests were conducted in the wind tunnel at LACAF at the UNICAMP using scale models built out of fiberglass and resin, Ferreira (2013), and produced as result of the use of computer models developed by Vizotto (1993). The wind tunnel tests provided pressure measurements at various points of the structures subjected in the three following critical scenarios of predominant aperture: completely closed structure subjected to wind loads at 0 and 90 degrees, structure with one open subjected to wind loads at leeward (180°) and windward (0°) and structure with two opens subjected to wind loads at leeward (180°) and parallel to the apertures (90°). The test results are presented in isobaric graphs and are then analyzed in comparative graphics for each tested scenario. The computer models used to run the simulations are based on the empirical results obtained in wind tunnel tests using reduced size models, considering the various possible combinations, and were generated using the turbulence model "Shear Stress Transport Model" of the dynamic fluid analysis software tool Ansys (CFX) at the IT laboratory of the FEC - UNICAMP. The comparison of the numerical data with the experimental data certifies that there are a lot of similarities. Therefore, computer models can be used in order to project free form shell type structures and evaluate their behavior under wind loads. Finally, it is of significant relevance the fact that pressure coefficient data applicable to structures with this type of geometry subject to wind loads is not readily available. Therefore, it is necessary to provide and divulge information, methodologies and tools, such as the configuration of mathematical models, which will enable engineers to obtain more accurate data of wind-load forces used for the simulation of loads on free form shell type structures / Mestrado / Estruturas / Mestra em Engenharia Civil

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sabino_EderMuriloParizzoto_M.pdf: 7896923 bytes, checksum: 2e32d4c45ba75ad01db9a7b23cb8cb93 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esse trabalho foi inspirado principalmente em obras projetadas por Heinz Isler e Félix Candela, e apresenta uma contribuição ao pré-processamento e geração computacional de cascas otimizadas de formas livres e cascas de formas analíticas. São abordados dois modelos de concepção de estruturas para cobertura: as cascas de formas livres, geradas a partir da simulação computacional de modelos físicos experimentais em que as superfícies médias não podem ser descritas por meio de funções matemáticas; e as definidas por formas analíticas ou geométricas, em que as superfícies médias podem ser determinadas por funções analíticas através de modelos de geração por processos de translação ou revolução. O objetivo principal é a concepção de estruturas em cascas em concreto por meio de modelo computacional de geração otimizada de formas com a aplicação do Método dos Elementos Finitos e técnicas de programação matemática, com a proposição de metodologias computacionais de pré-processamento para geração da malha inicial de elementos finitos e a posterior obtenção de estruturas em cascas de formas livres e analíticas. São propostos modelos para geração de malhas de estruturas em cascas de formas livres com projeções poligonais regulares e quadriláteras com arestas retas e/ou parabólicas. As malhas planas que constituem membranas finas e flexíveis, através da ação do peso próprio da membrana ou da aplicação de pressão sobre as superfícies com quaisquer configurações de apoios, são utilizadas para geração de cascas de formas livres por meio de um programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e que também podem ser geradas por meio do software ANSYS. A geração das formas analíticas tridimensionais das estruturas em cascas é realizada através de curvas diretrizes e geratrizes a partir das malhas planas. Variando-se alguns parâmetros obtêm-se composições de paraboloides hiperbólicos, paraboloides elípticos, cilindros parabólicos, etc. Após a geração das formas tridimensionais, são realizadas análises estruturais de algumas estruturas em cascas de concreto armado observando os estados de tensão das estruturas. Diversas estruturas são geradas e os resultados obtidos apresentados / Abstract: This work was mainly inspired in structures designed by Heinz Isler and Félix Candela, and it presents a contribution to preprocessing and computational generation of optimized free-form shells and the analytical shells. Two models of conceptions of roofs structures are discussed: the free-form shells, generated by computational simulation of the experimental physical models, and the structures defined by analytical functions. The middle surfaces of the first model cannot be determined by analytical equations. On the second model, however, they can be generated by translational and revolution processes. The main objective is the conception of concrete shell structures using a computational model to generate optimized shapes with the application of the Finite Element Method and mathematical programming techniques. Computational methodologies for the generation of the finite elements initial mesh and the obtention of the freeform shells and analytical shells structures are proposed. Models are proposed for the meshing of the free-form shells structures with either regular polygonal projections or quadrilateral with straight and / or parabolic edges. Properties of thin and flexible membranes are attributed to the planar meshes with any support configuration. Free form shells are generated using a software developed by Vizotto (1993) which is able to generate free-form shells by applying pressure on the surfaces or by the action of the membrane's own weight. Free form shells can also be generated using the software ANSYS. As a result, the three-dimensional shapes of the shells are obtained. From the plane meshes obtained the three-dimensional shapes of the analytical form shells are determined through guidelines and generatrices curves. By varying some parameters compositions of hyperbolic paraboloids, elliptic paraboloids, cylinders parabolic, etc, are obtained. After the generation of three-dimensional shapes, structural analyses of some reinforced concrete shell structures are performed and the tension states of the structures are observed. Several structures are generated and the results obtained are presented / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Isaias Vizotto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-24T02:40:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AntonioMario_D.pdf: 9010854 bytes, checksum: 0b548385f37faa810cae541ae265ec42 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho realiza uma análise numérica e experimental do comportamento de estruturas em cascas de formas livres sob a ação do vento. Inicialmente foram gerados modelos computacionais de formas otimizadas, sendo uma casca de planta pentagonal e outra hexagonal. Na sequência foram construídos modelos físicos reduzidos em laboratório e submetidos a uma série de ensaios em túnel de vento. E, finalmente foram realizadas simulações numéricas dessas estruturas submetidas à ação do vento utilizando o programa computacional ANSYS-CFX do Laboratório de Informática da FEC-UNICAMP. Os modelos físicos reduzidos analisados foram gerados utilizando o software ANSYS e o programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e construídos no Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura e Construção (LaPAC) da FEC-UNICAMP, utilizando inicialmente isopor de alta densidade, que foi posteriormente empregado para execução de fôrmas de concreto armado para moldar os modelos finais em material composto por fibra de vidro e resina, para serem ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada (LaCAF) da FEC-UNICAMP. Os testes no túnel de vento do LaCAF foram realizados em dezesseis fases, sendo compostas por análises para obtenção dos coeficientes de pressão externa e interna, com ventos em regime laminar e turbulento, a 0º e 36º para a casca com forma de planta pentagonal, e a 0º e 30º para a casca com forma de planta hexagonal. Para análises por meio de simulação fluidodinâmica computacional pelo ANSYS-CFX, foi realizada inicialmente uma análise comparativa para os resultados dos coeficientes de pressões externas de um modelo de cúpula sobre o terreno da NBR 6123:1988. O software ANSYS-CFX demonstrou ótima eficiência na configuração realizada, apresentando resultados muito próximos aos da norma brasileira, e essa configuração também foi utilizada na validação física entre os ensaios no túnel de vento e as simulações pelo ANSYS-CFX. É sugerida a utilização dos dados finais na elaboração de normas específicas e uma configuração adequada e segura dentro das características consideradas para a utilização do software ANSYS-CFX como ferramenta para obtenção de coeficientes de pressões / Abstract: This work performs a numerical and experimental analysis of behavior of structures in free form shells about wind action. At first, computational models were generated in optimized forms, being one shell of pentagonal shape and another one hexagonal. After this, reduced physical models were built in laboratory and subjected to several tests in the tunnel of wind. Finally, numerical analyzes of these structures subjected to wind action were achieved using ANSYS computational program from FEC-UNICAMP computer laboratory. Two reduced physical models were analyzed, using the software ANSYS and the computational program that was developed by VIZOTTO I. (1993), and built at the Laboratory of Automation and Prototyping for Architecture and Construction site (LaPAC) from FECUNICAMP. The techniques: one hexagonal and another pentagonal, both made, at first, with Styrofoam in large dense, that was applied to execution of forms of concrete to be sculptured and finalized as a material composed of glass fiber and resin for future test in the wind tunnel at (LaCAF) from FEC-UNICAMP Environmental Comfort and Applied Physics Laboratory. The tests at the wind tunnel from LaCAF were made into sixteen phases, composed by analysis to obtain the coefficients of outside and inside pressure with wind in turbulent and laminar state, at 0º and 30º for hexagonal shape and turbulent and laminar, at 0º and 36º for pentagonal shape. To analyze by simulation computational fluid dynamics by ANSYS-CFX, at first were achieved a comparative analysis to the results of coefficients of outside pressure from a model of dome on the land from NBR 6123:1980. The software ANSYS-CFX showed an excellent efficiency on the made configuration, showing results very closed to the Brazilian rule, and this configuration also was used in the physical validation between the tests at wind tunnel and the simulations by ANSYS-CFX. It is suggested the usage of final data on specific standard preparation and safe configuration for ANSYS software application as a tool to achieve pressure coefficients / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientador : Marco Lucio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_CarlosEduardoLeite_M.pdf: 5572640 bytes, checksum: 45c5cb6b60e51ad992bd747fb7f167fe (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo desenvolver a formulação variacional dos modelos de placa de Kirchhoff, incluindo o efeito de membrana, e de Reissner-Mindlin. Ambos os modelos são formulados utilizando-se a mesma metodologia. Primeiramente, definem-se as hipóteses cinemáticas dos modelos, considerando-se pequenos deslocamentos. Em seguida, deduzem-se os campos de deformação e de movimentos rígidos compatíveis com a cinemática. O conceito de trabalho interno é utilizado com o objetivo de encontrar os esforços internos compatíveis com a cinemática dos modelos. Em seguida, o Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) é utilizado, a fim de caracterizar os esforços externos e os Problemas de Valor de Contorno (PVC) de equilíbrio. Conhecidos esses PVCs, a equação constitutiva de um material elástico, linear, isotrópico e homogêneo é utilizada para obter as relações entre os campos de tensão e de deformação dos modelos de placa, assim como os PVCs ou forma forte em termos da cinemática. As formas fracas das equações diferenciais dos modelos são então aproximadas pelo Método dos Elementos Finitos. Finalmente, considerações sobre os elementos de placa são apresentadas / Abstract: The present work aims to present the variational formulation of the Kirchhoff plate model with membrane effect and the Reissner-Mindlin plate model. Both models are formulated using the same methodology. First, it is defined the kinematic hypotheses of the models for small displacements. After that, the strain and rigid displacement fields compatible with the kinematic hypotheses are obtained. The internal work concept is used to find the internal forces compatible with the kinematic hypotheses of the models. The Virtual Work Principle is used to find the external forces and the equilibrium Boundary Value Problems (BVP). The constitutive equation of the elastic, linear, isotropic and homogeneous material is used to obtain the relations between the stress and strain fields. Based on that, BVPs in terms of the kinematics are obtained. The weak forms of the differential equation are approximated by Finite Element Method. Finally, comments about plate elements are presented. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica