Dissertation submitted to obtain the degree of Doctor of Philosophy to the University of Swansea, under supervision Dr. D. R. J. Owen

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:34:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83405.pdf: 2642857 bytes, checksum: 9dd4bcb7cf58988802f70faa9aa59dad (MD5) Previous issue date: 1990 / Neste trabalho é apresentada uma análise comparativa de alguns modelos lineares de elementos de casca isotrópicos. Dentre os modelos propostos na literatura, foram selecionados para à análise aqueles que melhor satisfaziam uma série de critérios pré-estabelecidos, dentre eles a inclusão da parcela de energia de deformação por cisalhamento. A comparação é feita com base no comportamento de cada elemento na solução de problemas tanto estático como dinâmicos. Neste contexto são analisados os seguintes aspectos: ocorrência dos fenômenos de travamento de cisalhamento e de membrana, sensibilidade a distorção de malha, ocorrência de modos falsos de energia, convergência para as deflexões e freqüências naturais. Com base nos resultados obtidos é feita uma recomendação de implantação, em um programa de elementos finitos de uso geral, dos melhores elementos.

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1991 / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 84772.pdf: 1678643 bytes, checksum: 4a7a70d26265942f0e725ecd9a41ad03 (MD5) Previous issue date: 1992 / Neste trabalho é desenvolvido um elemento finito de casca adequado ao estudo de problemas não lineares envolvendo grandes rotações e deslocamentos. Foi escolhido um elemento finito isoparamétrico biquadrático de 9 nós baseado na interpolação do campo de deslocamentos. A excessiva rigidez à flexão inerente a este elemento é eliminada pela subintegração das matrizes de rigidez e os modos espúrios de energia zero daí decorrentes são estabilizados pela introdução de um operador matemático especialmente construído. A formulação desenvolvida é bastante versátil, mostrando-se adequada também ao estudo de casos lineares de placas, tiras e vigas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:26:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 88957.pdf: 2454634 bytes, checksum: ea827a5a3e32be691cc4b5443b84d9d9 (MD5) Previous issue date: 1992 / Um elemento isoparamétrico de casca fina com nove nós é utilizado para a solução de problemas com não-linearidade geométrica e material elasto-plástico. É usada uma formulação lagrangeana atualizada para a obtenção das equações de equilíbrio. Para a relação constitutiva do material, foi escolhida a lei de Prandtl-Reuss associada ao critério de escoamento de von-Mises e lei de encruamento isotrópico. Foram analisados diversos problemas de placas e cascas para verificar a validade e o desempenho do elemento implementado. os resultados foram satifatórios.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:56:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 106945.pdf: 2352448 bytes, checksum: d5836304557f6e09fb5ce0ac37275d58 (MD5) Previous issue date: 1995 / Análise do fenômeno acústico eficiência de radiação, e suas aplicações, através da comparação entre os resultados teóricos, obtidos sob forma fechada pelas equações de Mathieu aplicadas a um modelo denominado de casca elíptica e o mesmo modelo analisado através das teorias para elementos finitos e elementos de contorno, com o auxílio de softwares específicos (ANSYS e SYSNOISE) visando a modelagem, de forma mais eficiente, do modo de vibração de cascas cuja geometria é complexa. Os resultados são também comparados com outros modelos geométricos e matemático apresentados, por vários autores da literatura mundial.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-18Bitstream added on 2014-06-13T18:45:50Z : No. of bitstreams: 1 taguti_y_dr_guara.pdf: 1171826 bytes, checksum: bf1a0b571d527bab4f25b4ab8cec26fd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No projeto estrutural de qualquer obra de engenharia busca-se o menor custo, a alta resistência e confiabilidade. Portanto, com o avanço da técnica e do desenvolvimento dos materiais empregados, são projetadas estruturas cada vez mais esbeltas, que conduzem à necessidade de conhecimentos nas áreas de instabilidade, dinâmica e reologia. Neste trabalho são realizados estudos de problemas de segunda ordem em placas elásticas delgadas através do Método dos Elementos de Contorno (MEC), considerando-se para a montagem do sistema de equações algébricas apenas a equação integral do deslocamento transversal da placa e as variáveis de canto como incógnitas. Apresenta-se uma nova Metodologia para tratar dos efeitos de segunda ordem de placas pelo MEC. Primeiramente é feito um estudo da teoria de primeira ordem em placas e também em chapas, pois estes estão relacionados com o estudo de segunda ordem. Este trabalho trata do problema desde o início mostrando as diferenças entre a teoria de primeira ordem e a de segunda ordem, após explicitar as hipóteses e as deduções das equações que conduzem a uma teoria de segunda ordem simplificada, da qual uma das aplicações é a equação da flambagem de Von Kármán. Outra contribuição deste trabalho foi dar um tratamento novo para as integrais de domínio, cujo integrando é função da curvatura “w,ij” que passou a ser função apenas do deslocamento transversal “w”, permitindo assim escrever na formulação do problema pelo MEC apenas equações integrais de “w”, tanto no contorno quanto no domínio / In structural design of any engineering project seeks to lower cost, high strength and reliability. Therefore, with the advance of technique and strength of materials used, more slender structures are designed, which lead to the need for knowledge in the areas of instability, dynamics and rheology. This work studies the problems of second order and buckling in thin elastic plates through the Boundary Element Method (BEM), considering, for mounting the system of algebraic equations, only the integral equation of the transverse displacement of the plates and unknown corner variables. It presents a new methodology to adress the effects of second order plates by the BEM. First it is studied the theory of first order in bending plates, and also in plane stress, as they are related to the study of second order. This paper addresses the problem from the beginning showing the differences between the theory of first and second order, after explaining the hypotheses and deductions of equations that lead to a simplified theory of second order, which is one of the applications of the equation Von Kármán buckling. Another contribution of this paper was to give a new treatment for the domain integrals, whose integrand is function of curvature “w,ij” which is now a function only of transversal displacement, “w”, enabling to write in the problem’s formulation by BEM, only the integral equations of “w”, both in boundary and in the domain

[pt] O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma formulação e um programa para o projeto ótimo de estruturas de placas e cascas submetidas a carregamento dinâmico, no regime linear-elástico. Com este objetivo, utiliza-se o programa de Otimização Estrutural de Formas SHELLD que possui os módulos referentes à geração de malha, à análise estrutural, à análise de sensibilidade e ao algoritmo de otimização. A geração da malha da superfície da casca é feita através do mapeamento de uma malha 2D,gerada no plano paramétrico, para uma malha em 3D, usando as equações de Coons. Desta maneira, a geometria da casca de forma livre é representada usando superfícies de Coons as quais são formadas por duas séries de splines cúbicas que interceptam os pontos-chave que se encontram na superfície média. Uma vez discretizada a superfície da casca em elementos finitos,começa a etapa de análise dinâmica através do Método de Integração Direta de Newmark. O programa SHELLD utiliza o elemento finito de nove nós de Huang-Hinton, que pertence à família de elementos degenerados de cascas. O processo de otimização estrutural requer o uso seqüencial da análise estrutural e da análise de sensibilidade combinado com o algoritmo de otimização. Na análise de sensibilidade, através do Método Semi-analítico, calculam- se os gradientes da função-objetivo e das restrições em relação às variáveis de projeto para determinar a direção de busca do algoritmo de otimização. As variáveis do problema são as coordenadas e/ou as espessuras dos pontos-chave. Isto implica uma diminuição das variáveis de projeto e um maior controle na obtenção da forma da casca. No projeto de otimização de cascas podem ser consideradas diferentes funções-objetivo. Em alguns casos, busca-se manter tão baixo quanto possível o peso das mesmas e, portanto, o seu custo, impondo restrições que podem estar relacionadas com valores limites de deslocamentos, acelerações, freqüências ou tensões. Em outros casos, procura-se minimizar o deslocamento ou aceleração em um ponto da casca ou o seu deslocamento global tendo como restrição o seu volume permanecer constante. Nos problemas em vibração livre, deseja-se maximizar a freqüência correspondente ao modo de vibração que se quer enrijecer mantendo o volume constante. Em casos especiais de cascas que tem problemas de autovalores múltiplos,incorporam-se restrições nas freqüências para que não ocorram -clusters-. Para resolver o problema de otimização não-linear com restrições, escolhe-se o método de Programação Quadrática Seqüencial. O algoritmo de otimização é usado como -caixa preta-,extraído da biblioteca NAG do FORTRAN, pois é dada maior ênfase à formulação do problema de otimização que ao algoritmo de otimização utilizado como ferramenta de programação matemática. / [en] The main goal of this work is to present a methodology and a computer code which allow the designer, by means of optimization techniques, to obtain efficient shapes of plate and shell structures under linear-elastic behavior and dynamic loads. With this objective, it is used the optimization program SHELLD that includes the geometric modeling, the mesh generation, the structural analysis by the FEM, the sensitivity analysis and the structural optimization algorithm. In this thesis, the geometry of the free-form shell is represented by Coon surfaces, which are formed by two series of cubic splines intercepting the key points, which lay on the midsurface.Once the shell surface is discretized in finite elements, the structural analysis starts. The structural response analysis is performed by means of the Newmark direct integration method. The finite element used is the 9 nodes Huang-Hinton element, which belongs to the family of elements degenerated from 3D elements.The aim of the sensitivity analysis is to determine gradients of the objective functions and constraints of the design optimization problem with respect to the design variables. The method used in this work for performing the sensitivity analysis is based on the total differentiation of the discrete dynamic equilibrium equations and derivatives of stiffness, mass and damping matrices are performed by means of the finite difference method. This methodology is known in the literature as the Semi-analytical Method for sensitivity analysis. The sizing and shape variables are the thickness and the lengths of the radii in the key points respectively, which implies in a decrease of the number of variables in the project. The design of shell structures under dynamic loads is a common problem in engineering practice. In order to obtain an optimal design of these structures one generally tries to keep as low as possible their weight or volume, in one word their cost, while constraining their structural response in terms of displacements, accelerations, frequencies or stress resultants. Alternatively one can minimize the displacement or acceleration at some point of the structure or its global displacement while keeping its volume constant. In the case of free vibration the objective is to maximize the frequency, corresponding to the vibration mode one wants to stiffen, keeping the shell volume constant. In special cases of shells with multiple eigenvalues, try to keep as low as possible their volume considering frequency constrains to avoid clusters.To solve the nonlinear constrained optimization problem at hand the Sequential Quadratic Programming algorithm (SQP) from NAG library of FORTRAN is used. In this thesis, we have placed more emphasis on how to formulate optimization problems appropriately rather than on the theory underlying -mathematical programming- optimization algorithms, i.e. we use the SQP algorithm essentially as -black box-. / [es] EL objetivo principal de este trabajo es desarrollar una formulación y un programa para el proyecto óptimo de extructuras de placas y cascas sometidas a sobrecarga dinámica, en el régimen lineal elástico. Con este objetivo, se utiliza el programa de Optimización Extructural de Formas SHELLD que posee los módulos referentes a la generación de malla, al análisis extructural, al análisis de sensibilidad y al algoritmo de optimización. La generación de la malla de la superficie de la casca se realiza través del mapeamento de una malla 2D, generada en el plano paramétrico, para una malla en 3D, usando las ecuaciones de Coons. De esta manera, la geometría de la casca de forma libre se representa usando superficies de Coons, formadas por dos séries de splines cúbicas que interceptan los puntos claves que se encuentran en la superfície media. Una vez discretizada la superfície de la casca en elementos finitos,comienza la etapa de análisis dinámico a través del Método de Integración Directa de Newmark. EL programa SHELLD utiliza el elemento finito de nueve nodos de Huang Hinton, que pertenece a la familia de elementos degenerados de cascas. EL proceso de optimización extructural requiere el uso secuencial del análisis extructural y del análisis de sensibilidad combinado con el algoritmo de optimización. En el análisis de sensibilidad, a través del Método Semi analítico, se calculan los gradientes de la función objetivo y de las restricciones en relación a las variables de proyecto para determinar la dirección de búsqueda del algoritmo de optimización. Las variables del problema son las coordenadas y/o las espesuras de los puntos clave. Esto implica una diminuición de las variables de proyecto y un mayor control en la obtención de la forma de la casca. En el proyecto de optimización de cascas pueden ser consideradas diferentes funciones objetivo. En alguns casos, se busca mantener el peso de las mismas tan bajo como sea posible y, por tanto, el costo, imponiendo restricciones que pueden estar relacionadas con valores límites de desplazamientos, aceleraciones, frecuencias o tensiones. En otros casos, se busca minimizar el desplazamiento o aceleración en un punto de la casca o su desplazamiento global teniendo como restrición que el volumen permanezca constante. En los problemas en vibración libre, se desea maximizar la frecuencia correspondiente al modo de vibración que se quiere enrijecer manteniendo el volumen constante. En casos especiales de cascas que tiene problemas de múltiples valores propios, se incorporan restricciones en las frecuencias para que no ocurran clusters . Para resolver el problema de optimización no lineal con restricciones, se utiliza el método de Programación cuadrática Secuencial. El algoritmo de optimización es usado como caja negra,extrayendo de la biblioteca NAG del FORTRAN, pues se da mayor énfasis a la formulación del problema de optimización que al algoritmo de optimización utilizado como herramienta de programación matemática.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-26Bitstream added on 2014-06-13T19:35:08Z : No. of bitstreams: 1 friaca_cpp_me_ilha.pdf: 1320799 bytes, checksum: 44a913b0b215d684fdf382bf5859f1b4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Das primeiras atividades de exploração de petróleo offshore, em 1968 na Bacia de Sergipe, com lâmina d’água de cerca de aproximadamente 30m, até as explorações em águas profundas, entre 1000 e 2000 m, e ultra-profundas, acima de 2000 m, na Bacia de Campos (RJ), o Brasil tem-se destacado mundialmente neste tipo de exploração, a ponto de sermos hoje líderes mundiais neste setor. Muitos foram os desafios impostos para exploração de petróleo enquanto as profundidades das lâminas d’água aumentavam. As estruturas fixas (jaquetas), empregadas em águas mais rasas, começaram a ter seu uso inviabilizado, pois para águas profundas deveriam ser construídas estruturas excessivamente rígidas e caras. Nesse sentido, as plataformas de concreto demonstraram que seu comportamento em meio offshore é de boa qualidade, sobretudo devido à alta durabilidade do material concreto. Segundo Adebar e Collins (1994) os procedimentos para projetar estruturas de concreto offshore, embora as mesmas sejam estruturas mais complexas, são similares aos utilizados para construir grandes estruturas. No entanto, a verificação da capacidade de resistência em seções particulares para as forças transversais, o comportamento não-linear da estrutura de concreto deve ser levado em consideração, evitando problemas de dimensionamento como o ocorrido, por exemplo, com a plataforma Sleipner A. Desta maneira, utilizando o processo iterativo proposto por Lourenço e Figueiras (1993), foi feito o dimensionamento de elementos de cascas ensaiados experimentalmente sujeitos a forças de membrana e a momentos fletores obtidos da literatura. Depois de feito o dimensionamento dos elementos de cascas, o seu comportamento foi analisado e comparado com o resultado numérico obtido pelo DIANA, programa de elementos finitos utilizado para a análise não-linear de estruturas / The first activities of offshore petroleum exploration in Brazil started in 1968 at Sergipe basin, approximately 30 meters depth until the explorations on deep water, between 1000 and 2000 meters, and ultra-deep water, greater than 2000 meters, at Campos basin, state of Rio de Janeiro, the Brazil has highlighted in the world in this kind of exploration, to become a world leaders in this sector. Many difficulties were imposed for the exploration of petroleum by the water depth increase. The fixed structures, known as jacket, used in shallow water, became impractical in deeper water, because, for this condition, these structures most be built too rigid and expensive. In this sense, reinforced concrete platforms have been demonstrating a better behavior in offshore environment, mainly due to the material high durability. In accordance with Collins e Adebar (1994), the procedures adopted in reinforced concrete offshore design are similar to those adopted in large structures design, though the offshore structure are much more complex. However, the material nonlinear behavior must be considered in the shear resistance capacity verification of particular cross-sections, so as to avoid problem with design as occurred, for example, with the platform Sleipner A. In this matter, using the iterative process proposed by Lourenço e Figueiras (1993), it will be made a design of shell elements tested experimentally subject to membrane force and bending moments found in the literature. After done the design of the shell elements, their behavior will be analyzed and compared to the numerical solution obtained with DIANA, a finite element program for non-linear structural analysis

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-06-29T12:05:37Z No. of bitstreams: 1 130558.pdf: 2693244 bytes, checksum: 0dbe6fe54b457bbf0a02df75f232a3ed (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T12:05:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 130558.pdf: 2693244 bytes, checksum: 0dbe6fe54b457bbf0a02df75f232a3ed (MD5) Previous issue date: 1972-11 / CNPq / Análise de cascas com forma geométrica arbitrária e estruturas laminares pelo método dos Elementos Finitos, utilizando-se elementos triangulares planos com quinze e também com dezoito graus de liberdade. Inicialmente é feita uma exposição sucinta do método, ressaltando-se seu caráter variacional. Segue-se o estudo do elemento acima mencionado, onde são analisadas cinco opções para formação da matriz de rigidez da estrutura. Elaborou-se um programa automático para um computador IBM/360 MODELO 40H em Linguagem FORTRAN IV, funcionando com três das cinco opções, sendo possível a resolução de estruturas com no máximo 300 nós e 500 elementos. / Analysis of general shells and folded plates by the Finite Element Method, with the use of a plane triangular finite element with fifteen and also with eighteen degrees of freedom. A brief exposition of the Method in which its variational characteristic is pointed, is made at the begining. The development of the foregoing element is pursued with five options for the assemblage of the stiffness matrix of the structural system. An automatic program based upon this finite element is written in FORTRAN IV for an IBM/360 Model 40H computer. With this program it is possible the solution of structural systems with a maximum of 300 points and 500 elements.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T15:23:46Z No. of bitstreams: 1 133021.pdf: 1976863 bytes, checksum: 505d05d9505fd05646faba9f1c4f449d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T15:23:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133021.pdf: 1976863 bytes, checksum: 505d05d9505fd05646faba9f1c4f449d (MD5) Previous issue date: 1973-06 / O presente trabalho visa a análise de cascas com simetria de revolução, valendo-se do uso de soluções analíticas de elementos de cascas esféricas, cônicas ou cilíndricas. É usado um procedimento análogo ao método dos elementos finitos, diferindo apenas nas escolha das funções deslocamento que aqui são as soluções das equações diferenciais correspondentes a cada elemento. Além dos elementos citados acrescenta-se um elemento de placa circular e um anel de reforço. Apresenta-se um programa, baseado no método dos deslocamentos, para análise de estruturas compostos destes elementos e de problemas mais gerais de cascas axissimétricas, por meio de uma discretização aproximada da geometria da casca. / This work deals with the analysis of axissymmetrical shells by means of the available analytical solutions of spherical, conical and cylindrical elements. A similar approach to the finite element method is used, the difference being on the choice of the displacement functions that are the solutions of the differential equations corresponding to each element. A circular plate element and a stiffness ring element are still presented. A computer program making use of the displacement method is presented, to permit the analysis of structures composed of these elements and a more general class of axissymmetric shells problems for which an approximated discretization of the shell geometry is performed.