[pt] Neste trabalho apresenta-se a formulação e a implementação de um modelo de elementos finitos unidimensional para análise elástica linear isotérmica de estruturas axissimétricas finitas isotrópicas com espessura variável e submetidas a carregamentos axissimétricos. A geometria do elemento proposto é definida ao longo da linha médica da casca por um número variável de pontos nodais. Emprega-se no modelo a formulação isoparamétrica e a cinemática de deformação de casca é representada por graus-de-liberdade e translação definidos no plano de simetria. As condições de fixação e da continuidade da rotação entre elementos, devido à flexão da casca, são impostas pela utilização de Método de Penalidades. O Acoplamento da rotação com os graus-de-liberdade de translação é garantido no modelo através da hipótese de que segmentos retos perpendiculares à superfície média da casca permanecem retos, normais e inextensíveis após a deformação. Na formulação do elemento incluem-se as deformações lineares nas direções longitudinal e circunferencial da casca devidas aos efeitos de membrana e da flexão. Soluções numéricas de algumas estruturas utilizando o modelo proposto são comparadas com outros resultados Analíticos ou numéricos, recentemente publicados, para demonstrar a eficiência do elemento na representação de cascas finas axissimétricas. / [en] This work deals with the formulation of a unidimensional finite element model isothermal linear analysis of axisymmetric thin Shell structures, with variable thickness and under axisymmetric loadings. The element geometry is defined along the shell midsurface by a variable nodal point isopametric formulation with kinematics being represented by two translational degrees-of-freedom in the plane of symmetry. Element and conditions such as rotation fixity or rotation continuity between adjoining elements are imposed in the formulation by using a penalty procedure. Coupling between rotation and translational degrees-of-freedom is granted in the model with the assumption that straight and perpendicular to the mid-surface after deformation. The element formulation includes linear deformations due to membrane and bending of the shell in both circunferential and longitudinal directions. The proposed model is employed in the analysis of some numerical examples and the solutions are compared to other numerical or analytical results to demonstrate the element effectiveness in the representation of axisymmetric thin shells.

[pt] Consiste este trabalho na elaboração de um elemento finito de simples aplicação para placas e cascas. Por apresentar um campo de rotações independentes do de deslocamentos, pode se utilizar polinômios de interpolação bastante simples, tendo-se adotado os de segundo e terceiro grau. Uma penalização implícita no funcional energia total permite que, no limite para cascas finas, as hipóteses de Kirchoff – Love sejam automaticamente satisfeitas. / [en] The object of this work is the presentation of a simple triangular finite element for plates and shells. Since the rotation fields are assumed independent of the displacement fields, simple shape functions of second and third degree were used. An implicit penalty method allows one to solve thin shell problemas since the Kirchoff- Love hypothesis are automatically satisfied.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem teórica e correspondente solução numérica, associada ao problema de tensões e deformações em cascas compostas de geometrias arbitrárias, submetidas a carregamento térmico e/ou de pressão. A casca composta é constituída de uma camada viscoelástica reforçada por outras duas elásticas. Apresentam-se as hipóteses adotadas na caracterização térmica e mecânica do material, bem como procedimentos e resultados obtidos na aplicação destas suposições. Problemas envolvendo geometrias cilíndricas e cônicas são resolvidas com o objetivo de exemplificar a teoria desenvolvida. / [en] The present work sets forth the expressions for the stresses and strains in a sandwich shell of arbitrary shape under thermal and pressure loads. The composite shell is made of two elastic face lawers with a viscoelastic core. The elastic facings are isotropic of the same material and obey the kirchhoff hypotesis. The viscoelastic core is assumed to be thermorheologically simple as a way to facilitate the mathematical representation of the creep modulus on temperature. In order to simplify the derivations of the needed equations it is assumed that the stresses in the core acting in the tangencial directions are much smaller than those developed in the facing, so that theycan be neglected. The general equations for the stresses and strains are written using curvilinear shell coordinates and some results are then shown for cylindrical and conical shell geometries.

O Brasil destaca-se como o sétimo produtor mundial de fundidos, com mais de 30 empresas de microfusão localizadas nas regiões Sul e Sudeste do país eum dos grandes desafios é a gestão dos resíduos, entre eles, a casca cerâmica. Para a mitigação dos seus impactos é necessário o uso de técnicas de reciclagem que combinem desenvolvimento técnico com proteção ao meio ambiente e utilize a construção civil, mais especificamente o concreto, como fonte de incorporação do resíduo de casca cerâmica. Para isso, foi estudado o resíduo como agregado graúdo e miúdo em comparação com a areia e a brita 0. A massa específica do agregado seco e a massa unitária dos agregados foram avaliadas, sendo que o resíduo apresentou uma pequena redução para ambos os casos. A absorção de água foi maior para o agregado reciclado. O agregado miúdo reciclado apresentou resultados maiores para o módulo de finura e a massa específica. O índice de forma do agregado graúdo reciclado apresentou melhores resultados do agregado natural. Para avaliação do comportamento do resíduo no concreto foi utilizado o método de dosagem do IPT EPUSP. A relação água/cimento aumentou com a incorporação do resíduo Ainda, houve redução do consumo de cimento com o resíduo incorporado. As adições com até 75% de substituição do agregado graúdo apresentaram maior resistência à compressão axial comparado ao concreto convencional e, quanto maior a relação a/c menor a resistência à compressão obtida.Para o concreto em estado endurecido a absorção de água aumentou com a adição de resíduo. O índice de vazios do concreto aumenta com a incorporação de resíduo na mistura. A incorporação de resíduo aumenta a massa específica real e da amostra seca das dosagens até a substituição de 50% do agregado graúdo e após esta, tem-se uma pequena redução nestes parâmetros. A espessura carbonatada aumentou com a idade e as dosagens até 50% de adição do agregado graúdo apresentaram valores menores do que o concreto convencional. Palavras-chave: Casca cerâmica, concreto, resíduo, agregado reciclado. / Brazil stands out as the seventh world-wide producer of castings, with more than 30 microfusion companies located in the South and Southeast regions of the country and one of the great challenges is waste management, among them the ceramic shell. To mitigate its impacts, it is necessary to use recycling techniques that combine technical development with protection of the environment and use civil construction, specifically concrete, as a source of incorporation of the residue of ceramic shell. For this, the residue was studied as a large aggregate and small compared to sand and gravel 0. The specific mass of the dry aggregate and the unit mass of the aggregates were evaluated, and the residue presented a small reduction for both cases. The water absorption was higher for the recycled aggregate. The recycled kid aggregate presented higher results for the modulus of fineness and the specific mass. The shape index of the recycled aggregate presented better results from the natural aggregate. To evaluate the behavior of the residue in the concrete, the IPT EPUSP dosing method was used The water / cement ratio increased with the incorporation of the residue. Also, there was a reduction of the cement consumption with the incorporated residue. Additions with up to 75% of the large aggregate substitution showed greater resistance to axial compression compared to conventional concrete, and the higher the a / c ratio the lower the compressive strength obtained. For concrete in the hardened state the water absorption increased with the addition of residue. The void content of the concrete increases with the incorporation of residue into the mixture. Residue incorporation increases the actual specific mass and the dry sample of the dosages up to the replacement of 50% of the large aggregate and after this, a small reduction in these parameters is observed. The carbonate thickness increased with age and the dosages up to 50% addition of the coarse aggregate presented lower values than the conventional concrete.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-04T16:41:22Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T20:23:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-01-23T17:19:21Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) Previous issue date: 2013 / As cascas cilíndricas são elementos estruturais bastante utilizados como tubulações enterradas, estruturas de contenção de túneis e poços, e depósitos de diversos materiais, na forma de silos ou tanques. Nessas aplicações as cascas cilíndricas interagem com o meio elástico, no caso solo ou rocha. Essa interação pode ser considerada de duas forma diferentes: com um problema de contato bilateral (PCB), quando a estrutura e o meio não perdem contato durante o processo de deformação; e como um problema de contato unilateral (PCU), quando a casca não está completamente fixa e pode perder contato com o meio para determinadas condições de carregamento. Portanto, esta tese tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta, ou programa computacional, para o estudo e análise de problemas envolvendo cascas cilíndricas com restrições bilaterais e unilaterais de contato impostas por bases elásticas. Essa ferramenta computacional apresenta como principais características: i. o emprego do Método das Diferenças Finitas (MDF) para aproximar as derivadas das equações diferenciais de equilíbrio do sistema casca-base elástica. Adota-se neste trabalho a Teoria de Casca de Sanders, que pode ser aplicada para cascas ou painéis cilíndricos pouco ou muito abatidos; e as bases elásticas são aproximadas pelos modelos de Winkler e Pasternak; ii. o emprego de metodologias de solução desses PCB e PCU. No caso do PCB, a região de contato Sc entre os corpos (casca-base) é conhecida a priori, e sua solução pode ser obtida de forma direta, se as hipóteses de pequenos deslocamentos e material elástico forem consideradas. No caso do PCU, tem-se como principal desafio a definição da região de contato entre os corpos, Sc, que não é conhecida a priori, e adotam-se aqui duas estratégias de solução desse problema (ES1 e ES2, respectivamente). Na primeira, a interação casca-base é avaliada considerando diretamente as restrições de contato unilateral e resolvendo-se um Problema de Complementaridade Linear (PCL). Na segunda, a região de contato Sc é inicialmente aproximada e na sequência utiliza-se o método de Newton-Raphson para corrigi-la e avaliar a participação da base elástica na obtenção de outras incógnitas do problema. Essa ferramenta computacional foi desenvolvida usando a linguagem de programação Fortran®. Diversos exemplos numéricos são apresentados e analisados com o intuito de averiguar a eficiência das metodologias implementadas para soluções dos problemas de contato. No final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao sistema computacional desenvolvido e às metodologias numéricas propostas são estabelecidas. Além de o MDF ter se apresentado como um método de fácil implementação e utilização, as estratégias de solução não linear adotadas se mostraram semelhantes, em termos de resultados obtidos, mas com ligeiro ganho de eficiência computacional por parte da ES1. Por fim, sugestões para novas pesquisas são apresentadas. ____________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Buried pipelines, containment structures for tunnels and shafts, and deposits of various materials in the form of silos or tanks all use structural elements known as cylindrical shells. Cylindrical shells interact in these applications with elastic means, in these cases soil or rock. This interaction can be considered in two ways. First, it can be considered a bilateral contact problem (BCP) where, during the deformation process, structure and base remain in contact; second, it can be considered a unilateral contact problem (UCP) where, under certain loading conditions, the shell is not completely fixed and may lose contact with the medium. The main objective of this thesis then is to develop a computational tool for the study and analysis of problems, imposed by elastic base contact, involving cylindrical shells with bilateral and unilateral restrictions. This numerical tool has as main features: i. the use of the finite difference method (FDM) to approximate the derivatives of the differential equations of equilibrium of the system’s shell-elastic base. This paper adopts Sanders’ theory for shells, which can be applied to cylindrical shells and panels, and approximates the elastic bases using Winkler’s and Pasternak’s models. ii. Employment of methodologies for solving these BCPs and UCPs. In the case of BCP, the region of contact between the bodies Sc (shell-base) is known a priori; its solution can be obtained directly if one considers the assumptions of small displacements and elastic material. In the case of UCP, the main challenge is the definition of the area of contact between the bodies Sc, which is unknown a priori; to solve this problem, the current study adopts two strategies for solving this problem (ES1 and ES2, respectively). First, the interaction shell-base is calculated by considering directly the unilateral contact constraints and solving a linear complementarity problem (LCP). Second, the contact area Sc is initially approximated and corrected, via Newton-Raphson’s method, by evaluating the participation of the elastic foundation in obtaining other unknown variables. This numerical tool was developed using the programming language Fortran ®. To determine the efficiency of these methodologies, the work presents and analyzes several numerical examples. The end of the thesis, offers some conclusions and remarks regarding the computing system developed and the proposed numerical methodologies. Besides the MDF have been presented as a method easy to implement and use, the nonlinear solution strategies adopted were similar in terms of results, though ES1 showed a slight gain in computational efficiency. Finally, suggestions for further research are presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T13:37:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 91799.pdf: 2553594 bytes, checksum: 9c1308fe8c79d56cf5c159c9f6dd6c56 (MD5) Previous issue date: 1979 / Em diversas situações práticas, tais como em reservatórios e vasos de contenção, cascas de revolução podem estar submetidas a distribuições de temperatura e carregamentos estáticos das mais diferentes formas. No presente trabalho desenvolve-se um modelo analítico numérico para a determinacão de deslocamentos, tensões resultantes e deformações, objetivando possibilitar a análise do comportamento de cascas nestas situações. O desenvolvimento analítico é realizado, utilizando-se a primeira aproximação de Love, e a formulação numérica é feita através de diferenças finitas, sendo os resultados obtidos por meio de um programa digital.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 87143.pdf: 1565599 bytes, checksum: 01fe75f29fd32be4d309f011feba399c (MD5) Previous issue date: 1991 / Neste trabalho é apresentado um elemento finito desenvolvido para análise estática linear de cascas de material composto multilaminado. A formulação usada é baseada num método misto de deformações e no princípio de Hellinger-Reissner modificado. O conceito de casca sólida degenerada e campos independentes, de deslocamentos e de deformações supostas, foram usados na formulação do elemento. Uma transformação covariante, entre o sistema natural e o sistema local, é usada para as deformações supostas. O elemento trata o laminado como um meio homogêneo, usando-se para tal um modelo de lâmina equivalente. Conseqüentemente o número de graus de liberdade do elemento finito independe do número de lâminas. Vários exemplos para materiais isotrópicos e multilaminados são apresentados para ilustrar o comportamento do elemento proposto.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 98094.pdf: 3771901 bytes, checksum: f5381c3413d44bf0f67064f276b7c0ac (MD5) Previous issue date: 1994 / Análise da aplicação do Método da Função de Green Local Modificado - MLGFM para problemas de flexão de placas de Mindlin e desenvolvimento da formulação do mesmo método para problemas de vibração livre destas placas. O MLGFM é apresentado como uma particularização do Método dos Resíduos Ponderados e uma extensão do Método dos Elementos de Contorno de Galerkin. Apontam-se algumas dificuldades na imposição das condições de contorno em pontos de descontinuidade do vetor normal à superfície. Verifica-se a existência do fenômeno do locking na modelagem de placas finas com a teoria de Mindlin. Constata-se que o MLGFM fornece a mesma qualidade de resultados que o Método dos Elementos Finitos para deslocamentos, enquanto que a determinação de esforços - vetor tração - converge mais rapidamente com o MLGFM. O comportamento de convergência para deslocamentos e esforços é explicado por uma abordagem alternativa na formulação do método. Esta abordagem evidencia que o erro da solução aproximada é minimizado apenas no interior de cada célula de Green, e não no seu contorno. No referente a problemas de vibração livre, são empregados vários esquemas de diagonalização de matriz massa. Nesta parte é empregada a função de Green correspondente à parte estática do operador diferencial envolvido. Comparam-se os resultados com os fornecidos com o Método dos Elementos Finitos e com alguns da bibliografia afim.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-20T15:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214350.pdf: 1859578 bytes, checksum: b12376564aa0518b6ced7a96f24c3ab1 (MD5) / Desde a década passada, os métodos sem malha são considerados uma alternativa na simulação numérica de problemas, onde a qualidade da solução é sensível à distorção da malha.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-07Bitstream added on 2014-06-13T19:12:02Z : No. of bitstreams: 1 denipotti_gj_me_ilha.pdf: 1071673 bytes, checksum: 6d761992a1a3009f2f3628701a9ccbe8 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho trata da inclusão de pilares numa formulação do Método dos Elementos de Contorno para análise linear de pavimentos de edifícios. Inicialmente é apresentada a formulação para análise do pavimento sujeito à flexão simples, onde o pavimento é modelado por uma placa composta por sub-regiões de diferentes rigidezes, sendo cada sub-região a representação de uma viga ou laje. Nesse modelo as forças de superfície são eliminadas das interfaces e todas as sub-regiões são representadas por suas superfícies médias. Então, a fim de reduzir o número de graus de liberdade do problema, aproximam-se os deslocamentos ao longo da largura da viga, obtendo-se um novo modelo em que as variáveis ficam definidas ao longo dos eixos das vigas ao invés de seus contornos. Em seguida, introduz-se o efeito de membrana nessa formulação para que se possa fazer a análise do pavimento sujeito à flexão composta, isto é, representando todas as sub-regiões por uma mesma superfície de referência. Nesse modelo considera-se aproximação linear para as forças de membrana ao longo da largura das vigas. Finalmente, estendem-se essas formulações para análise de pavimentos de edifícios com pilares, através da inclusão de pontos do domínio com carregamentos prescritos, que são escritos em termos das reações do pilar sobre a placa. Os esforços de flexão do pilar sobre a placa são escritos em termos da tensão uniformemente distribuída sobre a seção transversal do pilar e os esforços de membrana são escritos em termos de linhas de carga atuando na seção transversal do pilar. / This work deals with the inclusion of columns in a formulation of the Boundary Element Method (BEM) for linear analysis of building floors structures. Initially it is presented the BEM formulation for analyzing building floors subjected to simple bending, where the floor is modeled by a plate divided into sub-regions of different rigidities, being each sub-region the representation of either a beam or slab. In this model the tractions are eliminated on the interfaces and all the sub-regions are represented by their middle surfaces. Then, in order to reduce the number of degrees of freedom, some approximations for the displacements are adopted along the beam width, leading to a model where the values are defined on the beam axis, instead of its boundaries. Then the membrane effects are introduced into this formulation in order to represent all sub-regions by a same reference surface. In this model are assumed linear approximation for the in-plane tractions along the beam cross section. Finally, those formulations are extended in order to consider columns in the plate domain. This is done by considering domain points with prescribed loadings which are written in terms of the column reactions on the plate. The columns bending reactions are written in terms of a stress uniformly distributed over the column cross section and the membrane forces are written in terms of loading lines acting in the column cross section.