Uma formulação de cascas finas junto com a teoria clássica de materiais compósitos, é apresentada. A aplicação é feita para flambagem de cascas cilíndricas laminadas sujeitas a cargas axiais. O problema de autovalor foi formulado e os casos críticos para vários valores de semi-ondas na direção axial e semi-ondas na direção circunferencial são apresentados. Os resultados obtidos são comparados com soluções analíticas, com outros resultados numéricos e com o programa Nastran aplicado para elementos de flexão incompletos que não satisfazem a continuidade C1.

Inicialmente, é apresentada no Capítulo 1 uma exposição bibliográfica sobre o tema e conceitos gerais da Dinâmica Estrutural. Os métodos aplicados neste trabalho são revisados e um resumo da teoria de cascas finas cilíndricas é apresentado.. No Capítulo 2, utilizando a teoria de viga de Euler-Bernoulli considerando o Principio de Hamilton, as equações de movimento são obtidas através das equações de Lagrange, que descreve o movimento em um plano transversal. Para esse fim aplica-se o Método dos Elementos Finitos, onde o elemento de viga possui dois pontos nodais e três graus de liberdade em cada nó, dois deslocamentos e uma rotação. Como resultado, cada elemento produz 6 equações diferenciais. As matrizes de massa, giroscópica, e rigidez, são obtidas pela integração das equações das energias, e pelas diferenciações envolvidas nas equações de Lagrange; No Capítulo 3 é apresentado o mesmo procedimento utilizado no Capítulo 2, porém, utilizando-se uma formulação que considera elementos de cascas cilíndricas circulares. Finalmente, no Capítulo 4 é apresentada uma formulação onde o escoamento estável de um fluido é descrito pela teoria clássica do escoamento potencial, e o movimento da casca pela teoria de cascas finas de Sanders. As equações do movimento para casca e fluido são resolvidas através do Método dos Elementos Finitos. Com as matrizes obtidas, um código computacional escrito em Matlab efetua a montagem das matrizes globais do tubo e simula a resposta do tubo de acordo com as dimensões estabelecidas, o material, a velocidade do fluido, pré tensão e pressão hidrostática. Para se obter a resposta no domínio do tempo, o procedimento de integração de Newmark foi adotado. Este programa computacional foi testado e comparado com sucesso com casos relatados pela literatura. Os resultados obtidos com a variação da velocidade do fluido mostram uma auto-excitação nas proximidades da velocidade critica.

Este trabalho trata da estabilidade elástica de cascas cônicas e cilíndricas submetidas à cargas tangenciais seguidoras. Assume-se condições de contorno engastada-livre. Dois tipos de carregamento seguidor são considerados. Formula-se o problema através da teoria de cascas finas de Koiter e Sanders, onde valem as hipóteses de Kirchhoff-Love. Apresenta-se as equações de estabilidade e condições de contorno mecânicas, linearizadas, para uma forma arbitrária da superfície média da casca, referidas a um sistema de coordenadas que coincide com as linhas de curvatura da superfície média. O efeito do amortecimento interno também é considerado. Para a solução dos problemas utiliza-se o método dos elementos finitos.

Neste trabalho o Princípio dos Trabalhos Virtuais, em sua forma estendida, é particularizado para cascas cônicas finas. A formulação fraca assim obtida é utilizada para a análise de estabilidade dinâmica de painéis cônicos sob a ação de cargas seguidoras, no presente caso, tantenges à geratriz. O efeito das tensões iniciais é incluído nas equações dinâmicas por meio dos termos chamados forças reduzidas. O movimento vibratório é suposto harmônico e é considerado um estado inicial de tensões de membrana. O painel cilíndrico, a placa retangular e o setor circular são obtidos, a partir do painel cônico, através de um processo numérico de passagem ao limite. Para comparação dos resultados relativos ao painel cônico foi desenvolvido um Elemento Finito Misto baseado no Princípio Variacional da Hellinger-Reissner. No que foi possível, os resultados foram comparados com outros existentes na literatura e se mostram em boa concordância com os mesmos.

O Desenvolvimento de aeronaves é pautado por fatores como segurança, peso e economia. A obtenção de aeronaves leves requer geralmente a otimização de seus elementos estruturais, o que, por sua vez, torna imprescindível o conhecimento profundo do comportamento mecânico destes membros. Presente tanto em painéis de fuselagem, quanto em painéis de asa, o conhecimento do comportamento crítico e pós-crítico de painéis cilíndricos tem painel preponderante no processo de dimensionamento estrutural. O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento crítico, pós-crítico e de colapso de painéis metálicos cilíndricos simplesmente apoiados sob compressão pura. Neste trabalho são apresentados os resultados relativos à determinação da carga crítica de flambagem, a sensibilidade dos comportamentos crítico e pós-crítico em relação a parâmetros geométricos, bem como a descrição destes painéis no momento do colapso.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-08-08T21:34:04Z No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-08-14T18:59:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:59:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_DavidsondeOliveiraFrançaJúnior.pdf: 7292472 bytes, checksum: 3b89224f3d8653fff2ba3ad2448df326 (MD5) Previous issue date: 2018-08-08 / As estruturas em geral têm como papel principal transmitir as cargas estáticas verticais e horizontais para o solo, além de atender também as solicitações dinâmicas através dos seus elementos estruturais, com uma adequada capacidade resistente e um bom desempenho em serviço. Desta forma, destacam-se as cascas cilíndricas, que são caracterizadas por uma estrutura esbelta bastante utilizada na engenharia civil, indústria mecânica, naval, aeroespacial e em outras áreas pelo mundo. Os reservatórios verticais cilíndricos, estrutura objeto de estudo neste trabalho, são modelados por uma casca cilíndrica e podem estar submetidas à solicitação dinâmica, tendo a resposta estrutural (tensões, frequências, deformadas modais, etc.) influenciada por diversas variáveis. Decorrente disso, neste trabalho são estudadas as vibrações livres e forçadas de um reservatório cilíndrico vazio e totalmente preenchido com um líquido para diferentes condições de vinculação da casca. As análises são realizadas tendo por base a teoria de Soedel (2005), a técnica analítica de Sharma & Johns (1971), o cálculo variacional através das equações de energia da casca e o método dos elementos finitos (MEF) por meio do software ANSYS®. O fluido é modelado pela equação da onda e incorporado na casca cilíndrica através de uma massa adicional de fluido. Os efeitos das ondas de superfície livre (sloshing) e da pressão hidrostática são desprezados. Para demonstrar a validade da modelagem no software, os resultados analíticos são comparados com os resultados numéricos obtidos através do MEF. As frequências naturais e as formas modais da estrutura, desacoplada e acoplada fluido-estrutura são investigadas. Além disso, são avaliados os modos dominantes na vibração acoplada e abordada a massa adicional para diferentes condições de contorno. Posteriormente, na análise da vibração forçada para o sistema desacoplado e acoplado fluido-estrutura, foi obtida a resposta dinâmica decorrente de um carregamento harmônico pontual na casca. De posse da simulação computacional e do modelo analítico, quando aplicável, os resultados se mostraram satisfatórios para cada caso abordado. / Structures in general have the main role of transmitting the vertical and horizontal static loads to the ground, as well as to respond to dynamic demands through their structural elements with adequate strength and good performance in service. Thus, cylindrical shells stand out and they are characterized by a slender structure widely used in civil engineering, mechanical, naval and aerospace industry, and in other areas around the world. The vertical cylindrical vessels, which are the object of study in this work, are modeled by a cylindrical shell and can be subjected to the dynamic request with the structural response (tensions, frequencies, deformed modal, etc.) influenced by several variables. Therefore, in this work, the free vibrations and the forced vibrations of an empty cylindrical vessel and a cylindrical vessel totally filled with a liquid are studied for different conditions of the attachment of the shell. The analysis is based on the theory of Soedel (2005), the analytical technique of Sharma & Johns (1971), the variational calculation through the shell energy equations, and the finite element method (MEF) using ANSYS software ®. The fluid is modeled by the wave equation and incorporated into the cylindrical shell through an additional mass of fluid. The effects of sloshing and hydrostatic pressure are neglected. To demonstrate the validity of the modeling in the software, the analytical results are compared with the numerical results obtained through the MEF. Natural frequencies and modal forms of the structure, decoupled and coupled fluid-structure are investigated. In addition, the dominant modes in the coupled vibration are evaluated and the additional mass is addressed for different boundary conditions. Subsequently, in the analysis of forced vibration for the decoupled and coupled fluid-structure system, the dynamic response was obtained due to a punctual harmonic loading in the shell. With the computational simulation and the analytical model, when applicable, the results were satisfactory for each case.

Determinação do fator intensidade de tensões numa casca cilíndrica com trinca longitudinal, considerando a Mecânica da fratura linear elástica e utilizando o método de Elementos Finitos. Na extremidade da trinca foi utilizado um elemento distorcido (quarter-point element) retangular.

In transport of fluids or even as structural elements, cylindrical shells are widely used in several segments of structure engineering. The understanding of the behavior of this type of structure along a trajectory of equilibrium resultant of a description of historical loading of different natures and, consequently, is important in the definition of the real load capacity of the ducts. In this work, a finite element for geometric and threedimensional nonlinear analyses of pipes is developed. Taking into account the nature of the analysis, proper measure of tension and deformation that are compatible with states of large deformations and displacements are studied. The Total Lagrangean formulation is adopted, but the constitutive relationships used are linear. The developed computational implementation uses a three-dimensional finite element of pipe with 2 or 3 nodes, compatible with the state of great deformations and displacements, and, also, incorporating the movements of rigid body of the structure.In order to map the nonlinear trajectories of equilibrium, using some methodologies proposed in the literature, a structure of Object-Oriented Programming is used. It allows the application of different techniques of incremental and iterative analysis integrated to the implementation of the aforementioned finite elements.Aiming to validate the formulation, the results obtained by using the program here developed are evaluated through their comparison with analytical solutions and previously published results. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No transporte de fluidos ou mesmo como elementos estruturais as cascas cilíndricas são largamente utilizadas em diversos segmentos da engenharia civil. A compreensão do comportamento desse tipo de estrutura ao longo de uma trajetória de equilíbrio resultante de um histórico de carregamento de diferentes naturezas é importante na definição da real capacidade portante dos dutos. Neste trabalho, desenvolve-se um elemento finito para análises geometricamente não lineares tridimensionais de tubos. Levando-se em consideração a natureza da análise, são estudadas medidas adequadas de tensão e deformação, compatíveis com regimes de grandes deformações e deslocamentos. A formulação Lagrangeana Total é adotada, mas as relações constitutivas utilizadas são lineares. A implementação computacional desenvolvida emprega um elemento finito tridimensional de tubo com 2 ou 3 nós, compatível com o regime de grandes deformações e deslocamentos, incorporando, também, os movimentos de corpo rígido da estrutura. Com o objetivo de mapear as trajetórias não lineares de equilíbrio, utilizando-se algumas metodologias propostas na literatura, é usada uma estrutura de programação orientada a objetos, permitindo a aplicação de diferentes técnicas de análise incremental e iterativa integradas à implementação de elementos finitos supracitada. Visando validar a formulação, os resultados obtidos no programa desenvolvido são avaliados através da comparação com soluções analíticas e outras análises numéricas disponíveis na literatura.

Na presente investigação, o movimento transiente de um vaso cilíndrico, interagindo com um fluido viscoso e um núcleo cilíndrico sólido central, é simulado usando-se um elemento de casca axisimétrico com dois pontos nodais para a parede do cilindro, e elemento isoparamétrico de oito pontos nodais para o líquido. Aplica-se o método dos pesos residuais de Galerkin para as equações de Navier-Stokes expressas em coordenadas polares. Para a casca cilíndrica, emprega-se a teoria clássica linear de Novozhilov. O problema do acoplamento dinâmico transiente é resolvido com o auxílio do procedimento de Newmark da aceleração média para a casca, e no caso do elemento de fluido, emprega-se o esquema "Diferença Retrógrada" de Euler. Para a investigação teórica, são realizados cálculos para determinar o deslocamento, velocidade e aceleração de pontos da parede externa do cilindro, que é engastada na base, aberta e livre na extremidade, sujeita a uma força inicial, que varia linearmente a partir da base. É observada uma resposta com decaimento monótono harmônico, típico de um sistema amortecido, e dessa forma, estima-se as freqüências naturais de acoplamento. Conclui-se que a acurácia dos resultados são obtidas se o refinamento é confinado à região exatamente abaixo da superfície livre. Um estudo adicional está presente, considerando o "Fluxo Circular em Regime Permanente" de um fluido preenchendo outro vaso cilíndrico rígido com um núcleo central. Nesse estudo as hipóteses adotadas na primeira investigação são mantidas, mas nesse caso é suposto que o núcleo interno impõe um movimento rotativo ao fluido. O comportamento das pressões e velocidades são descritos para várias velocidades angulares do núcleo em duas diferentes malhas de elementos finitos.

Cascas cilíndricas circulares com uma pequena variação de espessura ao longo de seu comprimento, quando submetidas à rotação, apresentam em alguns casos, deslocamentos elásticos de sua superfície externa, tendendo a uma forma de um oval. O objetivo deste trabalho é estabelecer a relação entre a variação de espessura das cascas cilíndricas com a sua deformação devida às forças centrífugas medida durante a rotação utilizando-se dois enfoques, um experimental e outro numérico, no caso o método de elementos finitos (MEF). As cascas cilíndricas estudadas tiveram sua espessura de parede medidas por meio de aparelho de ultra-som, mas por serem fabricadas em ferro fundido cinzento, as suas lamelas de grafita atuam como refletores, o que torna a medição imprecisa. Os resultados da análise numérica encontrados se relacionam bem com os experimentais de maneira qualitativa, mas divergem na forma quantitativa. Modelos de cascas com variação de espessura imposta também foram criados e analisados usando-se o método de elementos finitos de forma a se avaliar o comportamento da casca cilíndrica sob diversas configurações de distribuição da variação da espessura. Sugere-se a pesquisa de novas tecnologias para medições por ultra-som de peças fabricadas de ferro fundido com grafita lamelar. Neste trabalho, a medição da forma oval foi feita utilizando-se sensores de proximidade do tipo \"eddy-current\". / Circular cylindrical shells with small thickness variations along their body, when submitted to rotation, present, in some cases, elastic displacements of their outside surface induced by centrifugal forces leading to final oval like shapes. The main purpose of this study is to establish relationships between thickness variation of the cylindrical shells with their measured deformation during the rotation, due to centrifugal forces, using two approaches, one experimental and the other one numerical, in the latter case the finite element method (FEM). The studied cylindrical shells had their wall thickness measured by means of an ultrasound device. The used material is flake graphite cast iron (gray cast iron). The graphite flakes act as reflectors, what makes such measurements imprecise. The numerical results found are satisfactory in a qualitative way, but they disagree in the quantitative form. Shell models with theoretical imperfections also were created and analyzed using the finite element method in order to evaluate the behavior of the cylindrical shell under several configurations of distribution of the shell thickness variation. Further research is necessary on new technologies to measure the thickness of pieces manufactured of flake graphite cast iron. In this research, the oval shape measurements were done by means of eddy-current proximity sensors.