Este trabalho objetiva o desenvolvimento e a implementação computacional de aproximações Galerkin mínimos-quadrados (GLS) para escoamentos não Newtonianos inelásticos utilizando os modelos de Líquido Newtoniano Generalizado (GNL) e Fluido Quasi- Newtoniano sensível ao tipo de escoamento. Apesar de escoamentos de fluidos não Newtonianos serem cruciais em problemas de engenharia, eles representam, ainda hoje, um assunto em aberto, devido à dificuldade de se criar um modelo matemático para o comportamento não-linear das funções materiais medidas em laboratório e também à complexidade do problema gerado quando da aproximação dos modelos mecânicos disponíveis por métodos numéricos usuais. As equações clássicas de GNL possuem funções de viscosidade capazes de prever comportamentos pseudoplástico, viscoplástico ou dilatante, representado ajustes de curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento em escoamentos viscométricos. Os modelos sensíveis ao tipo de escoamento são capazes de representar o comportamento diferenciado em regiões de cisalhamento e extensão, utilizando um parâmetro cinemático de classificação de escoamentos e curvas de escoamento em regimes viscométrico e extensional. As formulações multi-campos em tensão extra, pressão e velocidade (τ-p-u), ou ainda com a taxa de deformação como variável primal, são alternativas para a aproximação numérica de escoamentos não Newtonianos que possuem diversas vantagens. Elas tornam desnecessário o pós-processamento do campo de velocidade para a obtenção dos campos de tensão, representando uma aproximação mais precisa especialmente para elementos de baixa ordem, desejáveis do ponto de vista computacional. Além disso, permitem a intuitiva extensão para a implementação de modelos viscoelásticos diferenciais. No entanto, a compatibilização dos sub-espaços funcionais das variáveis é uma dificuldade na implementação numérica, além das instabilidades numéricas intrínsecas aos operadores advectivos dos modelos. Como forma de superar essas dificuldades, uma estratégia de estabilização do tipo GLS é utilizada, a fim de permitir a implementação numérica das formulações em estudo, gerando a estabilidade necessária para várias combinações de subespaços funcionais. É apresentado um estudo dos princípios da Mecânica do Contínuo, de teoria constitutiva, e do método de elementos finitos, com ênfase nos métodos estabilizados do tipo GLS para formulações u-p, τ-p-u e D-p-u. São apresentados resultados numéricos validando o código computacional desenvolvido, e também investigando escoamentos de fluidos Newtonianos, viscoplásticos, pseudoplásticos e quasi-Newtonianos em geometrias como cavidades e contrações. O método se mostra estável e os resultados fisicamente realistas. No entanto, o modelo sensível ao tipo de escoamento demonstra sérios problemas de convergência nos casos nos quais a não-linearidade material é acentuada. / This work aims the development and computational implementation of Galerkin leastsquares (GLS) approximations for non Newtonian purely viscous flows employing Generalized Newtonian Liquid (GNL) and Quasi-Newtonian flow type sensitive models. Despite non Newtonian flows are crucial in many problems in engineering, they represent an open subject, due to the difficulty of building a mathematical model for the non-linear behavior of material functions obtained experimentally, and also due to the complexity of the problem generated by the approximation of the available mechanical models via usual numerical methods. In the classical GNL equations there are viscosity functions that are able to predict pseudoplastic, viscoplastic and dilatant behavior, representing the curve fitting of shear stress versus shear rate in viscometric flows. The flow type sensitive models are able to predict the different behavior in regions of shearing and extension, employing a kinematic parameter to classify the flows and the flow curves in viscometric and extensional flows. Multi-field formulations in extra-stress, pressure and velocity (τ-p-u), or even with the strain rate as a primal variable, are alternatives to the numerical approximation of non Newtonian flows that possess many advantages. They render unnecessary the post-processing of the velocity field to obtain the stress fields, representing a more accurate for low-order elements, eligible from the numerical standpoint. Besides, they allow the intuitive extension for the implementation of viscoelastic differential models. However, the compatibilization of functional sub-spaces of the variables is a difficulty in the numerical implementation, besides the numerical instability intrinsic to the advective operators in the models. As a path to come over these difficulties, a stabilization strategy of GLS type is employed, so as to allow the numerical implementation of the formulations, achieving the necessary stability for various combinations of functional sub-spaces. A study of the principles of Continuum Mechanics, constitutive theory and the finite element method is presented, with emphasis in the GLS methods for u-p, τ-p-u and D-p-u formulations. Numerical results are presented, validating the computational code developed, and investigating flows of Newtonian, viscoplastic, pseudoplastic and quasi-Newtonian fluids different geometry, as cavities and contractions. The methods are noticeable stable and physically comprehensive. Although, the flow type sensitive model shows serious convergence problems in the cases when the nonlinearity is too pronounced.

Componentes tubulares de parede fina têm aplicações em diversas áreas industriais, na forma de trocadores de calor, amortecedores de impacto, sistemas de fixação, absorvedores de energia, pré-formas para outros processos de conformação mecânica, etc. Neste trabalho é realizado um estudo de natureza teórico-experimental envolvendo os processos de expansão, redução e inversão de extremidades de tubos. Busca-se determinar os parâmetros que governam cada um deles, as limitações dos mesmos e se a conformação em matriz pode ser uma alternativa viável a processos mais complexos. Inicialmente é feito um resumo do estado atual do conhecimento na área de processos de acabamento de extremidade de tubos e uma breve descrição dos processos a serem estudados. A seguir são apresentados os fundamentos teóricos envolvidos no estudo de operações de deformação plástica, da teoria da plasticidade e do método de elementos finitos aplicado a deformação plástica, bem como dos principais modelos teóricos para previsão de instabilidade e fratura. É feita a caracterização do material a ser empregado (liga de alumínio 6061) através do levantamento de curvas de escoamento, perfis de microdureza Vickers e deformabilidade. Na última parte do trabalho são conduzidas simulações através de elementos finitos e experimentos dos processos de inversão, redução e expansão. São variadas características geométricas das ferramentas e o estado do material (diferentes tratamentos térmicos). Demonstra-se ao final a utilidade de diagramas de deformabilidade dos processos no desenvolvimento dos mesmos. / Thin-walled tubular parts have applications in several industrial areas, as heat exchangers, shock absorbers, preforms to other metal forming processes, etc. In this work is carried out an experimental and theoretical study involving the tube end expansion, reduction and inversion processes using a die. The parameters that govern each process are investigated. A brief description of each process, a summary of the state of art and the theoretical backgroud of the theory of the plasticity and the method of finite elements applied the plastic deformation are presented. The main theoretical models of tube instability and damage are presented too. The material employed in the experimental tests is an ABNT6061 Aluminium alloy. The stress–strain curve is obtained by means of compression tests carried out at room temperature. The tribological conditions at the contact interface between the tube and the tools are estimated by means of ring compression tests and conical-tube tests. The formability (instability and damage limits) characterization of tube is also carried out. In the investigaton on the tube end forming proceses the emphasis is focused on understanding of modes of deformation and on establishing formability diagrams for the benefit of those who design tubular parts in daily practice The theoretical investigation is accomplished by the utilisation of virtual prototyping modelling techniques based on the finite element method and the experimental work is mainly utilized for supporting and validating the theoretical investigation.

O estudo da interação solo-estrutura em fundações é um tema que certamente necessita de pesquisas mais aprofundadas, já que as soluções empíricas, semi-empíricas ou mesmo as analíticas disponíveis na literatura têm aplicabilidade bastante limitada. Em contrapartida, os modelos computacionais têm a característica intrínseca de abrirem o leque de possibilidades de análise, segundo as mais diversas situações, e da forma mais abrangente possível. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um programa computacional que realizasse análises elastoplásticas tridimensionais da interação solo-estrutura de fundações rasas de concreto armado. Para tanto o método dos elementos finitos foi utilizado no desenvolvido deste programa computacional. Os elementos finitos empregados na modelagem do concreto e do solo foram elementos isoparamétricos hexaédricos, lineares ou quadráticos. Na modelagem da armadura, a mesma foi considerada através de um modelo incorporado, admitindo-se aderência perfeita entre o concreto e o aço. O comportamento dos materiais foi representado através de modelos elastoplásticos. Para a representação do concreto fissurado, foi utilizado um modelo de fissuras distribuídas. O programa computacional foi implementado na linguagem FORTRAN 90 e as etapas de pós-processamento foram feitas com o uso do programa GiD®. Os resultados obtidos através da aplicação do programa para a simulação do comportamento de fundações rasas em diferentes situações mostram a complexidade de tais problemas. / The study of soil-structure interaction on foundations is a topic that certainly needs more in-depth research, since empirical, semi-empirical, or even analytical solutions available in the literature have very limited applicability. On the other hand, computational models have the intrinsic characteristic of opening a spectrum of possibilities when analyzing structures, considering any situation and in a more comprehensive way. Considering this, the objective of this work was the development of a computational program for threedimensional elastoplastic analyses of soil-structure interaction problems on reinforced concrete shallow foundations. To accomplish this, the finite element method was used in the development of the computational program. The finite elements used in the modeling of both reinforced concrete and soil were either the linear or the quadratic isoparametric hexahedron. For the modeling of the reinforcing steel bars, they were considered through an incorporated model, which assumes perfect bonding between concrete and steel rebars .Material behavior was represented through elastoplastic models. A smeared crack model was used to represent cracked concrete. The computational program was implemented in FORTRAN 90 while the post-processing tasks were carried out through the software GiD®. The results obtained through the application of the program to simulate the behavior of shallow foundations in different situations show the complexity of such problems.

O alumínio primário é obtido através da redução eletroquímica da alumina em cubas Hall-Héroult. Em uma planta, muitas cubas são conectadas em série para formar uma ou mais linhas de redução. As cubas são alimentadas com corrente DC e a energia é transferida de uma a outra através de barramentos de alumínio. Correntes elétricas geram campos magnéticos. O produto vetorial entre os campos elétrico e magnético geram forças de corpo nas fases líquidas, conhecidas como Forças de Lorentz. Estas agem como a fonte de momentum do banho e do metal e também são responsáveis pela deformação da interface entre estas duas fases. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para a análise eletromagnética de cubas eletrolíticas de redução utilizando os pacotes comerciais ANSYS 9.0 e ALGOR 12.28. Aspectos relevantes do modelo são discutidos, tais como, a modelagem da resistência de contato catódica, do casco de aço e do volume de ar que o envolve. Demonstra-se que o bias da componente vertical do campo magnético sempre aumenta a energia associada a esta componente. A metodologia é validada experimentalmente em fornos reais. / Primary aluminum is obtained by a complex process of electrochemical reduction of alumina in Hall-Héroult cells. In a smelter there are many cells, connected in series to form one or more pot lines. DC current flows from cell to cell in aluminum busbars. Electric currents generate magnetic fields. The combination of the electric current and the magnetic field gives volumetric forces, known as Lorentz or electromagnetic forces. These set the metal and the bath in motion and deform the metal-bath interface. The aim of this work is to develop a methodology for electromagnetic field analysis of aluminum reduction cells using the commercial packages ANSYS 9.0 e ALGOR 12.28. Model’s relevant aspects, such as cathode contact resistance, pot shell and its surrounding air volume are discussed. It is demonstrated that the magnetic field bias always increase the energy associated to the magnetic flux density’s vertical component BZ. The methodology is validated with experiments in real cells.

Apesar de todo avanço da engenharia, o fenômeno da fadiga em estruturas continua causando pesadas perdas econômicas e em vidas. Portanto, investimentos na simulação e entendimento do fenômeno continuam sendo prioritários na engenharia. As simulações numéricas de fadiga, em especial a nível microscópico, vem ganhando grande atenção da comunidade científica internacional em anos recentes, pois vem permitindo um entendimento melhor da física do fenômeno. Para tais simulações, modelos discretos de fratura têm sido empregados, em especial o método das interfaces coesivas. Neste contexto se insere o presente trabalho, cujo objetivo principal foi a implementação de uma forma de considerar o dano numa relação constitutiva de interface coesiva. Neste caso, se a carga na ponta da trinca não é monotônica crescente, um dano cumulativo se desenvolve podendo, em cargas cíclicas, levar a propagação da trinca mesmo para níveis de carga inferiores a de ruptura estática. Interessante que tal implementação pode mudar o comportamento da propagação de trincas mesmo no caso de cargas monotônicas crescentes aplicadas, pois descargas localizadas podem ocorrer na ponta da trinca. Este trabalho analisou algumas formas de considerar o dano, que basicamente consiste na modificação da forma como se dá a descarga da relação constitutiva de interface. Há varias formas alternativas de realizar tal descarga. Não se teve como objetivo deste trabalho esgotar todas as alternativas, nem propor novas alternativas, mas sim analisar o efeito das descargas mais empregadas na literatura. As aplicações foram divididas em duas partes. Na primeira analisou-se o efeito da descarga em cargas externas monotônicas crescentes. Observou-se que houve descarga na ponta da trinca na propagação e uma conseqüente mudança nos resultados com a modificação da lei constitutiva de descarga. Tais exemplos foram casos de impacto, rodados com o método das diferenças finitas centrais. Foi observado que, para tais exemplos, o uso da condição CFL aplicada a elementos volumétricos está muito longe de conferir estabilidade ao método (a condição CFL, ou Courant-Friedrichs-Lewy, estabelece as condições mínimas de estabilidade numérica no método das diferenças centrais, conforme detalhado no Apêndice A). O problema acontece uma vez que a condição CFLnão pode ser aplicada aos elementos de interface, pois estes têm espessura nula, ao menos no início do processo. Na segunda parte, analisou-se casos com fadiga em tração, na qual somente o modo I de propagação foi considerado. Efeitos dinâmicos foram desprezados neste caso. As análises se restringiram à MFLE, ou seja, a zona de plastificação na ponta da trinca era pequena frente as demais dimensões. Dependendo do tipo de descarga, resultados coerentes com a literatura foram obtidos. / The fatigue phenomenon in structures is still causing heavy losses economically and in lives, even considering the recent advances of Engineering. Therefore, investments in simulation and knowledge of the phenomenon remain priority in Engineering. The simulations of fatigue. specially at microscopic level, have received great attention from international scientific community in recent years and a better understanding of the phenomenon physics was possible. For such simulations, discrete fracture models have been used, in special, the cohesive interface method. The present work is focused in this context, being its main goal to implement a way to consider damage in a cohesive interface constitutive relation. In this case, if the load at the crack tip is not monotonically crescent, a cumulative damage occurs that may lead, under cyclic loads, to crack propagation even for load levels below static rupture load. Interesting that such implementation can change crack propagation behavior even under monotonically crescent applied loads, since localized unloading may occur at the crack tip. This work analyzed some ways to consider damage, which basically consists in the modification of the unloading of the interface constitutive relation. There are many ways to do such unloading. The present work did not aim to explore all possibilities, or to propose new ones, and focused only on the most used unloading laws used in literature. Applications were divided in two parts. The first analyzed the unloading effect under monotonically crescent applied loads. It was observed that localized unloading at the crack tip took place during propagation, leading to changes in results when the unloading of the constitutive law was changed. These examples were dynamic and were analyzed using the Central Differences Method. It was observed that CFL condition applied to volumetric Finite Elements, is far from granting stability of the method (the CFL condition, or Courant-Friedrichs-Lewy, establishes the minimum numerical stability conditions for the Central Differences Method, as detailed in Appendix A). The reason is that CFL condition can not be applied to interface elements, since they have null thickness, at least at the begining of the analysis. The second part, fatigue cases in tension were analyzed where only mode I of propagation was present. Dynamic effects were neglected. The cases were restricted to Linear Elastic Fracture Mechanics, i. e., crack tip plastification zone was smallcompared to other dimensions. Results were coherent with literature, depending on unloading relationship used.

A análise da iteração solo-estrutura em fundações é um importante campo de pesquisa que ainda tem um grande progresso a ser feito. No presente trabalho foi desenvolvido um programa computacional para a análise da interação solo-estrutura de fundações de concreto armado. Este tema abrange duas áreas da engenharia civil: estruturas e geotecnia. O método dos elementos finitos foi usado no trabalho na seqüência para resolver o problema considerando estado plano de defonnação e comportamento elastoplásti.co dos materiais estudados (solo, concreto e aço). A linguagem de programação MATLAB foi usada em toda esta pesquisa como alternativa ao FORTRAN. O MATLAB foi escolhido uma vez que é uma linguagem de programação que permite facilmente construir uma interfàce de pré e pósprocessamento amigável. Os passos para a solução completa do problema foram os seguintes: Primeiramente um programa foi desenvolvido considerando o comportamento elastoplástico com critérios de plastificação e ruptura específicos para o concreto e solo. Soluções analíticas fechadas foram usadas para checar a precisão do programa. O segundo passo foi a introdução do reforço de aço no concreto por meio de um modelo para armaduras. Logo após, um modelo de fissuras para o concreto 1racionado foi in1roduzido no programa. Na seqüência o programa de pré e pós-processamento foi desenvolvido para gerar a malha de elementos finitos (pré-processamento), distribuição tensões e deformações, mapa de fissuras, etc (pósprocessamento). Finalmente, os parâme1ros constitutivos do solo, concreto e aço foram calibrados e várias situações reais de interação do solo-concreto de fundações de concreto armado foram simuladas. Nesta dissertação são encontrados resultados para as pressões de contato sapata-solo. Diferentes diagramas de tensões de interfàce foram obtidos em função rigidez relativa do elemento estrutural de concreto armado-solo. Na análise mnnérica, rigidez relativa desempenhou uma relevante função no comportamento mecânico do elemento estrutural de concreto armado (sapata) e da base de assentamento (solo), uma vez ruptura em ambos os casos esteve diretamente relacionada a esta grandeza. São encon1rados, em função da rigidez relativa, resultados indicativos dos modos de falha da fundação, excessiva plastificação do solo em fundações com rigidez relativa alta, e a plastificação armaduras, esmagamento do concreto, formação de fissuras, bielas e confinamento concreto para fundações de rigidez relativa baixa. Na análise numérica, obteve-se resultados importantes com relação ao projeto de fundações. Estes resultados foram cOnITontadoscom normas, destacando-se as discordâncias com relação às recomendações da nonna brasileira Projeto e Execução de Fundações" NBR-6122 (1996) para os diagramas de tensões interface sapata-solo usados no dimensionamento de fundações de concreto armado.

O principal objetivo dessa dissertação consiste nas simulações numéricas de um escoamento de um fluido viscoplástico usando o método de elementos finitos. A modelagem mecânica empregada está baseada nas equações conservativas de massa e momentum acopladas ao modelo constitutivo recentemente proposto por Souza Mendes e Dutra – aqui chamado de SMD. A modelagem mecânica foi aproximada via método de Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), que é construído para superar a falha numérica do método clássico de Galerkin para formulações mistas sem danificar a sua consistência. Primeiro, a fim de checar o código computacional, um escoamento em uma cavidade forçada. Em seguida, dois escoamentos de fluidos viscoplásticos foram considerados: um fluido SMD escoando através de uma expansão seguida de uma contração abrupta e outro em torno de um cilindro circular. Os resultados numéricos gerados forneceram informações físicas dos fenômenos de viscoplasticidade estudados e se mostraram de acordo com a literatura. / The main objective of this paper consists of numerical simulations of viscoplastic fluid flows using the finite element method. The mechanical modeling employed is based on the mass and momentum conservative equations coupled with the constitutive model recently proposed by Souza Mendes and Dutra - herein only named by SMD. The mechanical modeling was approximated via the Galerkin Least-Squares method (GLS) which is built to overcome the numerical shortcoming of the classical Galerkin method for mixed formulations without damaging its consistency. First, in order to check the computational code, a Newtonian leaky cavity flow. Next, two viscoplastic fluid flows has been considered: a SMD fluid flow through a sudden expansion followed by a contraction geometry and around a circular cylinder. The generated numerical results gave some physical information on the viscoplastic phenomena studied and are in accordance with the literature.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235623.pdf: 5520724 bytes, checksum: 44253232b7d5dff303f381953c92b3a7 (MD5) / Neste trabalho são apresentadas algumas propostas e aplicações, dentro da área da mecânica computacional, no que diz respeito a problemas que envolvem grandes deformações de espumas poliméricas. Entende-se por espumas como um termo genérico que caracteriza diferentes tipos de sólidos celulares tridimensionais. Quando se trata de materiais celulares, principalmente as espumas absorvedoras de impacto, ou crushable foams, aparecem em aplicações de engenharia como excelentes absorvedores de energia e possuem uma enorme área de aplicação. Outro fator que desperta o interesse nesse tipo de material é a capacidade de aliar boa resistência mecânica com baixa densidade podendo essa característica ser explorada em aplicações onde a redução de peso é uma necessidade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345238.pdf: 3074374 bytes, checksum: 9cbf1bee316322ad8bd16d2f96f57c88 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho apresenta o dimensionamento elétrico e magnético de um gerador síncrono de ímãs permanentes de fluxo magnético radial que será acoplado em um dispositivo de conversão eletromecânica de energia, cuja energia primária é proveniente do movimento das ondas do mar. Primeiramente, calcula-se a geometria do rotor e do estator a partir de especificações das induções magnéticas, da tensão tangencial do rotor, da densidade máxima de corrente nos enrolamentos, e das características elétricas do gerador na condição nominal. Em seguida, aplica-se uma técnica de otimização a fim de maximizar a potência transferida no entreferro considerando como restrição o valor máximo de densidade linear de corrente do gerador na condição nominal. A otimização permite redimensionar a geometria do estator e diminuir a massa de aço elétrico utilizado, reduzindo assim o custo do gerador. Com a geometria e os materiais definidos, realiza-se a modelagem do gerador usando o método de elementos finitos para verificar se as grandezas como induções magnéticas, força eletromotriz induzida (em vazio), tensões elétricas (com carga), e torque eletromagnético atendem as especificações do projeto. Analisando os resultados das simulações, conclui-se que as induções da máquina estão em faixas de operação aceitáveis e que não há saturação magnética no gerador na condição nominal, e que as condições de potência e torque especificadas são atendidas.<br> / Abstract : This work presents the electric and magnetic sizing of a permanent magnet synchronous generator of radial flux, which will operate coupled to an electromechanical device for energy conversion whose primary source of power are sea waves. Initially, the rotor and stator geometry is calculated based on specifications of magnetic induction, rotor tangential tension, maximum current density on windings and electrical characteristics of the generator at rated condition. Then, an optimization technique is employed to maximize the air-gap power, considering as a restriction the maximum value of current linear density of the generator at rated condition. The optimization process allows the adjustment of the stator geometry in order to reduce the weight of the magnetic core, thus reducing the cost of the generator. Once the geometry and the materials are defined, the generator is modeled through the finite element method in order to verify if the values of magnetic induction, induced voltage at no load condition, voltage under load and electromagnetic torque meet the project specifications. From the analysis of the simulation results it is concluded that the values of magnetic induction stand within acceptable operating ranges without magnetic saturation and that the specified power and torque conditions are met.

MELO, C. D. R. Estudo do colapso progressivo de pórticos planos de concreto armado via análise não linear. 2015. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-02-23T13:42:43Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_cdrmelo.pdf: 18680444 bytes, checksum: 0b2ef388ef356c4cea064d0bfbc54616 (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: corrogir arquivo on 2017-02-23T14:21:25Z (GMT) / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-02-23T14:22:33Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_cdrmelo.pdf: 18680444 bytes, checksum: 0b2ef388ef356c4cea064d0bfbc54616 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-02-23T14:30:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_cdrmelo.pdf: 18680444 bytes, checksum: 0b2ef388ef356c4cea064d0bfbc54616 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-23T14:30:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_cdrmelo.pdf: 18680444 bytes, checksum: 0b2ef388ef356c4cea064d0bfbc54616 (MD5) Previous issue date: 2015-09-30 / Safety is one of the major concerns of structural engineering. Therefore, in the design of building structures may be necessary not only to consider the dead load and live loads, but also special situations, as earthquakes, fire and explosions. In this sense, progressive collapse is a failure mechanism that has attracted the interest of designers and researchers in the last fifteen years, especially after the collapse of the Word Trade Center in 2001. Progressive collapse may be defined as a phenomenon where an initially localized damage causes a disproportionate effect on the structure, including its partial or total collapse. The goal of this work is to contribute to the study of this phenomenon developing a computational tool capable of modeling the progressive collapse of reinforced concrete structures. This tool is based on Finite Element Method and uses plane frame elements based on the Euler-Bernoulli theory of beams. Both geometric and material nonlinearity are modeled. The co-rotational kinematic description is used in order to allow adequate representation of the behavior of the structure when subjected to large displacements and rotations. Inelastic constitutive models based on plasticity theory and damage mechanics are used to model the mechanical behavior of reinforced concrete. The integration of sectional forces and the tangent matrix is carried out using the Gauss quadrature or the fiber method. The mathematical formulations presented in this work were implemented in the open source program FAST (Finite Element Analysis Tool) that has been developed in the Laboratory of Computational Mechanics and Visualization (LMCV) of the Federal University of Ceará (UFC). Initially, the tool was tested using classical examples of beams and frames with the geometric and material nonlinearity, and very good results were obtained. After verification, the program was used to analyze reinforced concrete frames tested in laboratory to study progressive collapse. Good agreement was obtained considering the complexity of the problem and the lack of knowledge of some important data required by the computational simulation. Therefore, the computational tool developed in this work was able to model the physical and geometric behavior of concrete structures subjected to progressive collapse, including the initial failure and the recovery of strength due to the catenary effect. The parametric studies performed showed that the reinforcement ratio is the most important parameter for resistance to progressive collapse, while the compressive strength has little influence. In addition, the cover for reinforcement has a significant effect on the initial response and peak load, but loses importance for large deformations where the response is dominated by the catenary effect. / A garantia da segurança é uma das principais preocupações dos projetos de estruturas civis. Além das falhas devidas aos carregamentos permanentes e acidentais, é preciso considerar também aquelas ocasionadas por carregamentos especiais ou situações extremas, como sismos, incêndios e explosões. Um dos mecanismos de falha que tem atraído o interesse dos projetistas e pesquisadores nos últimos anos é o Colapso Progressivo (CP), onde uma ação inicialmente localizada acaba tendo um efeito esproporcional sobre a estrutura, podendo levá-la até ao colapso total. Visando contribuir para o estudo deste fenômeno, este trabalho busca desenvolver uma ferramenta computacional capaz de modelar de forma adequada o Colapso Progressivo de estruturas planas de concreto armado. Esta ferramenta é constituída de elementos de pórtico plano baseado na teoria de vigas de Euler-Bernoulli e leva em consideração a não-linearidade geométrica e a não-linearidade física. Para a primeira é utilizada a descrição cinemática corrotacional de maneira a permitir a representação adequada do comportamento da estrutura quando sujeita a grandes deslocamentos e rotações. Para representação da não-linearidade física, foram implementados modelos constitutivos inelásticos uniaxiais para o concreto e o aço baseados na Teoria da Plasticidade e da Mecânica do Dano. Para a integração dos esforços internos e da matriz tangente na seção transversal da barra, foram utilizados o Método das Fatias e a Quadratura de Gauss. Todas as formulações foram implementadas no programa acadêmico FAST (Finite Element Analysis Tool) que vem sendo desenvolvido no Laboratório de Mecânica Computacional e Visualização (LMCV) da Universidade Federal do Ceará (UFC). A ferramenta foi verificada e validada pela modelagem de exemplos disponíveis na literatura. Inicialmente foram considerados exemplos clássicos (benchmarks) de vigas e pórticos com comportamento elástico e elastoplástico, seguido da análise de pórticos de concreto armado ensaiados em estudos sobre colapso progressivo. Os resultados obtidos para os exemplos elastoplásticos apresentam uma concordância muito boa com os resultados esperados. No caso das estruturas de concreto armado, os resultados obtidos foram satisfatórios, considerando a maior complexidade do problema e o desconhecimento de alguns dados importantes para a simulação computacional. Assim, pode-se verificar que a ferramenta mostrou-se capaz de modelar o comportamento não linear físico e geométrico de estruturas de concreto em situação de colapso progressivo, incluindo a perda inicial de resistência e a recuperação desta devido ao efeito catenária. Os estudos paramétricos realizados mostraram que a taxa de armadura é o parâmetro mais importante para a resistência ao colapso progressivo, influenciando tanto a capacidade de carga inicial quanto após o aparecimento do efeito catenária. Por outro lado, a resistência do concreto teve pequena influência, enquanto o cobrimento da armadura tem um efeito importante sobre a capacidade de carga inicial, mas não apresenta influência sobre o efeito catenária.