Orientador: Leandro Palermo Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T15:27:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sakanaka_SandraHiromi_M.pdf: 2300706 bytes, checksum: bf530823f185b6dbee7f56dd83d01a67 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A análise de vibração livre e de instabilidade de placas finas e placas moderadamente espessas é apresentada através do método dos elementos de contorno (MEC) considerando o efeito da deformação pela força cortante e, particularmente para o cálculo de freqüências naturais, o efeito da inércia rotatória é também considerado. A formulação da solução fundamental é baseada na teoria de Mindlin (1951) mas resultados para a teoria de Kirchhoff (1850) também podem ser obtidos [Palermo Jr. (2000)]. O presente trabalho usa a técnica da iteração inversa através do coeficiente de Rayleigh para a determinação das menores freqüências naturais e cargas críticas de instabilidade das placas. A implementação numérica emprega elementos de contorno isoparamétricos lineares contínuos e descontínuos. Elementos constantes de domínio são usados. Os parâmetros nodais são posicionados nos extremos dos elementos e os pontos de carregamento dos elementos descontínuos são deslocados para o interior a uma distância igual a um quarto do comprimento do elemento. Expressões analíticas das integrais de contorno são desenvolvidas para os casos em que o elemento contém o ponto de carregamento e integração numérica de Gauss-Legendre é feita nos outros casos. As integrais de domínio foram transformadas em integrais de contorno para cada célula e foram tratadas como cargas de superfície atualizadas através de um processo iterativo. Os resultados obtidos foram comparados com valores encontrados na literatura para demonstrar a precisão do presente trabalho / Abstract: Free-vibration analysis and static buckling loads analysis of thin and thick plates considering the shear deformation effects using the Boundary Element Method (BEM) is presented. For the calculation of natural frequencies, the rotatory inertia is also counted. The formulation of the fundamental solution considers Mindlin¿s plates but results according to the classic theory can also be obtained [Palermo Jr. (2000)]. The present article makes use of the inverse iteration with Rayleigh coefficient to determine the smallest natural frequencies and the smallest static buckling loads of the plates. The numerical implementation employed continuous or discontinuous isoparametric linear boundary elements according to the characteristics of the problem to be solved. Constant domain elements are used. Nodal parameters have been placed at the ends of the elements and the source point of the discontinuous elements were positioned at a distance equal to one quarter of the element length. Analytical expressions have been employed in the integration on elements containing the source point and Gauss-Legendre numerical integration scheme otherwise. The domain integrals containing the inertia effects or nonlinear effect have been transformed into boundary integrals for each cell and were treated as surface loads updated in an iterative process. The obtained results were compared to those in literature to demonstrate the precision of this proposal / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Leandro Palermo Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:20:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_PauloCesar_M.pdf: 702369 bytes, checksum: ed3744e613bcdec2cfeeb3545685db46 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O método dos elementos de contorno foi usado no estudo de problemas de estados planos. O objetivo deste trabalho é a introdução do operador diferencial tangente no núcleo das equações integrais de forças de superfície, como uma alternativa para a aplicação do método dos elementos de contorno. A singularidade forte do tipo 2 1 r , presente no núcleo da equação integral de contorno, foi reduzida a uma singularidade de ordem r 1 com o uso do operador diferencial tangente. A formulação trabalhou com elementos de contorno contínuos e descontínuos. Na determinação de deslocamentos e tensões para pontos próximos do contorno, trabalhou-se apenas com núcleos com uma singularidade de ordem r 1. A técnica da regularização indireta, quando se evitam expressões analíticas, foi aplicada na equação integral de deslocamentos. Quando o ponto de colocação foi levado ao contorno, a singularidade, presente nas equações integrais de contorno, foi tratada pelo valor principal de Cauchy para elementos lineares na obtenção de tensões internas e no contorno. A formulação do método dos elementos de contorno dual usou a equação integral de forças de superfície, com a aplicação do operador diferencial tangente, no tratamento de problemas com trinca em análises da mecânica da fratura elástico-linear. Os fatores de intensidade de tensão são obtidos através do método da extrapolação de deslocamentos / Abstract: The Boundary Element Method was used to study plane state problem. The aim of this study is an application of the tangential differential operator in the kernels of boundary integrals equations for tractions, as an alternative for the applications of Boundary Element Method. Strong singularity of order 2 1 r , present in the kernels of boundary integrals equations was reduced to a weakly singularity of order r 1 when the tangential differential operator was used. The formulation worked with continuous and discontinuous boundary elements. On determination of displacements and stresses for boundary near points, the equation worked only with kernels contained singularity of order r 1. The indirect regularization technique, with avoided analytic expressions, was applied on the boundary integral equations for displacements. When the collocation points was led to boundary, the singularity, present on the boundary integrals equations, was treated by the Cauchy principal value sense for linear boundary elements. The formulation of the dual boundary elements methods used a boundary integral equation for traction, with the application of the tangential differential operator, to treat plane problems with cracks of the linear elastic fracture mechanics. The stress intensity factors are obtained with the displacement extrapolation method / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Leandro Palermo Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:43:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_Adrianados_D.pdf: 2025685 bytes, checksum: f44ef47ff8671c2244a0b67e8e7c3fe4 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma análise, através do método dos elementos de contorno, de problemas estáticos em placas anisotrópicas sob flexão. As formulações dos elementos de contorno é desenvolvida usando soluções fundamentais para elasto-estática e são utilizados apenas elementos quadráticos descontínuos (3 nós por elementos). As integrais de superfície provenientes das cargas de domínio, são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial. São estudadas três formulações: a formulação clássica ou de placas finas, a formulação de três parâmetros e a formulação de placas espessas ou placas com efeito da deformação por cortante ou teoria de primeira ordem. São apresentados detalhes das deduções das soluções fundamentais para a teoria clássica e para a teoria de primeira ordem. A solução fundamental da teoria clássica é obtida usando variáveis complexas. Para o caso da teoria de primeira ordem, o operador de Hörmander é usado para transformar os sistema de equações diferenciais parciais que representa as equações de equilíbrio em apenas uma equação diferencial parcial. Usando a transformada de Radon, essa equação diferencial parcial é reduzida a uma equação diferencial ordinária. A formulação desenvolvida é aplicada no cálculo de deslocamentos, tensões e momentos de estruturas planas de materiais compósitos laminados submetidos a cargas distribuídas no domínio da estrutura. Os resultados obtidos são comparados com resultados analíticos disponíveis na literatura, com o método de elementos finitos e com o método sem malhas. Em geral há uma boa concordância com os resultados da literatura / Abstract: This work presents an analysis, using the boundary element method, of static problems of anisotropic plate bending. Boundary element formulations are developed using fundamental solutions for elasto-statics and only discontinuous quadratic elements (three nodes per element) are used. Surface integrals that come from domain loads are transformed into boundary integrals using the radial integration method. Three formulations are studied: the classic formulation or of thin plate theory, the formulation of three parameters, and the formulation of thick plates, or plate with the effect of transversal shear deformation or first order theory. Details of the derivation of the fundamental solutions are presented to the classical and first order theory. The fundamental solution of the classical theory are obtained using complex variables. In the case of thick plates, the Hörmander operator is used to trans- form the partial differencial equation system that represents the equilibrium equation in only one partial differential equation. Using Radon transform, this partial differential equation is reduced to an ordinary differential equation. The developed formulations are applied to compute displacements, stresses and moments of laminated composite structures submitted to transversal loads in the structure domain. Results are compared with analytical results available in literature, with finite element method, and meshless method. In general there is a good agreement between the results obtained in this work and those available in literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Apresentam-se neste trabalho formulações do método dos elementos de contorno (MEC), visando sua utilização em problemas de fratura e também de modelos de confiabilidade e otimização aplicados na análise de problemas de fadiga. Com relação aos progressos e avanços nas formulações do MEC, apresentam-se modelos que representam o processo de crescimento de fissuras em domínios planos constituídos por materiais frágeis, quase-frágeis e dúcteis. Considerando esses diferentes tipos de materiais, a formulação numérica adotada na análise descreve o comportamento estrutural não linear decorrente do processo de propagação das fissuras e conseqüente degradação estrutural. Nos modelos de fratura é empregada a formulação MEC dual, a qual é mais adequada para a análise da propagação aleatória de fissuras. São também apresentadas as expressões dos operadores tangente para as formulações não lineares que tratam os problemas de fratura elástico linear e coesiva, problemas de contato e os problemas de domínios enrijecidos. Com relação às análises de confiabilidade estrutural, o modelo mecânico de fadiga é acoplado a algoritmos de confiabilidade para a determinação do índice de confiabilidade e do conjunto de valores aleatórios com maior probabilidade de ocorrência. São testados alguns algoritmos de confiabilidade, podendo-se claramente definir um deles como mais eficiente para a análise de problemas de fadiga. A esse modelo é acoplado um algoritmo de otimização para a determinação das dimensões do elemento estrutural e dos intervalos para os procedimentos de manutenção e inspeção, que levam ao mínimo custo estrutural com base nas incertezas determinadas pelo modelo de confiabilidade. São apresentados vários exemplos validando e mostrando a eficiência das formulações desenvolvidas. / This work deals with the development of boundary element method (BEM) formulations to be used in engineering problems. Particular attention is given to using these formulations in development of reliability and optimization models applied to fatigue problems. Contributions to BEM formulations are developed, particularly, models that deal with crack growth in plane domains composed by brittle, quasi-brittle and ductile materials. Taking into account these different types of materials, the proposed formulation properly represents the nonlinear structural behaviour induced by crack growth and the resulting structural damage. The dual BEM formulation is adopted here for the proposed crack model and to analyse random crack propagation. In this thesis tangent operators are used in the non-linear BEM formulations, in order to deal with cohesive crack, contact problems and debonding problems in reinforced domains. Regarding structural reliability analysis, the fatigue mechanical model was coupled with appropriate reliability algorithms to compute the reliability index and other important random values. Several reliability algorithms were tested for this coupled model, in order to find the most efficient in the analysis of fatigue problems. An optimization model was also coupled with the fatigue reliability model, in order to evaluate the optimal structural element dimensions and also to schedule the intervals for maintenance and inspection procedures, taking into account the minimum cost and problem uncertainties. Many examples are presented in order to show the efficiency and accuracy of the proposed formulations in dealing with crack propagation, fatigue reliability analysis and optimization problems.

O presente trabalho desenvolve uma formulação do Método dos Elementos de Contorno para análise de problemas tridimensionais de fraturamento no regime transiente. Utilizam-se as soluções fundamentais da elastostática para obter a matriz de massa, empregando-se o Método da Reciprocidade Dual e a discretização do domínio por células tridimensionais. Para a integração no tempo são utilizados os algoritmos de Newmark e Houbolt. O fenômeno do fraturamento é abordado através da consideração de um campo de tensões iniciais, introduzindo-se o conceito de dipolos de tensão. Os tensores desenvolvidos que se relacionam aos dipolos, derivados das soluções fundamentais, são também apresentados. É utilizado o modelo de fratura coesiva. O contorno é discretizado utilizando-se elementos triangulares planos com aproximação linear, e elementos constantes para a superfície fictícia de fraturamento. São feitas várias aplicações cujos resultados obtidos confirmam a importância e a adequação da formulação apresentada para os problemas propostos. / This work presents a Boundary Element Method (BEM) formulation for analysis of three-dimensional fracture mechanics transient problems. Elastostatics fundamental solutions are considered in order to obtain the mass matrix, using both Dual Reciprocity Method and three-dimensional cell discretization. Newmark and Houbolt algorithms are employed to evaluate the time integrals. The fracture effects are captured by using dipoles of stresses, derived from an initial stress field. The tensors related to those dipoles, developed in the present work, are presented. The cohesive crack is the adopted model. Body boundary is discretized though linear flat triangular elements and the fracture surfaces are approximated by constant flat triangular elements. Some applications are processed to show the efficiency of presented BEM formulations.

This work is devoted to the numerical analysis of saturated porous media, taking into account the damage phenomenon on the solid skeleton. The porous media is taken into poroelastic framework, in full-saturated condition, based on the Biot\'s Theory. A scalar damage model is assumed for this analysis. An implicit Boundary Element Method (BEM) formulation, based on time-independent fundamental solutions, is developed and implemented to couple the fluid flow and the elasto-damage problems. The integration over boundary elements is evaluated by using a numerical Gauss procedure. A semi-analytical scheme for the case of triangular domain cells is followed to carry out the relevant domain integrals. The non-linear system is solved by a Newton-Raphson procedure. Numerical examples are presented, in order to validate the implemented formulation and to illustrate its efficiency. / Este trabalho trata da análise numérica de meios porosos saturados, considerando danificação na matriz sólida. O meio poroso é admitido em regime poroelástico, em condição saturada, com base na teoria de Biot. Um modelo de dano escalar é empregado nesta análise. Uma formulação implícita do Método dos Elementos de Contorno (MEC), baseada em soluções fundamentais independentes do tempo, é desenvolvida e implementada de forma a acoplar os problemas de difusão de fluido e de elasto-dano. A integração sobre os elementos de contorno é feita através da quadratura de Gauss. Um esquema semi-analítico é aplicado sobre células triangulares para avaliar as integrais de domínio do problema. A solução do sistema não linear é obtida através de um procedimento do tipo Newton-Raphson. Apresentam-se exemplos numéricos a fim de validar a formulação implementada e demonstrar sua eficiência.

O trabalho tem como objetivo trazer contribuições à simulação numérica pelo método dos elementos de contorno (MEC) de formação e propagação de descontinuidades no campo de deslocamentos (descontinuidades fortes) em sólidos bidimensionais. A formação de descontinuidades fortes caracteriza o processo de falha material, que pode estar associado ao fraturamento em materiais quase frágeis ou a superfícies de deslizamentos de materiais dúcteis. Apresenta-se uma formulação do MEC baseada na incorporação de interfaces de descontinuidade no interior de células internas, que possibilita propagação arbitrária de descontinuidades usando uma malha de células internas fixa, definida antes da análise. Comparam-se diferentes alternativas provenientes do relaxamento dos requisitos de consistência estática e analisa-se a influência do alinhamento da malha. Apresenta-se também um possível esquema de construção adaptativa de células internas com interface incorporada para capturar a trajetória arbitrária da descontinuidade que se propaga durante o processo de carregamento. Este esquema visa aumentar a robustez e reduzir o esforço computacional. As características geométricas das células internas geradas são estabelecidas em função da orientação da descontinuidade fornecida pelo critério de falha, de maneira a proporcionar melhor eficiência numérica. Os estudos são levados a cabo através da simulação numérica de testes experimentais colhidos da literatura. / This work has the objective of bringing contributions to the numeric simulation using the boundary elements method (BEM) to model the initiation and propagation of strong discontinuities in the displacement field in bidimensional solids. The initiation process of strong discontinuities characterizes the failure process of material, which can be associated with the fracture of quasi-brittle materials and slip lines in ductile materials such as metals. The effect of the displacement jump of a discontinuity interface embedded in an internal cell is provided by an equivalent strain field over the cell. This model allows the study of arbitrary crack growth using a fixed mesh defined before the analysis. The dissipative process in the cell interface is described by an isotropic damage model in the continuum approach of strong discontinues. Alternatives that come from relaxing the static consistencies and the influence of the mesh alignment are analyzed. An adaptative algorithm for internal cells creation is also presented to capture the path of the crack growth during the loading process. This algorithm intends to overcome some convergence problems found in models with predefined meshes and also to reduce the computational efforts. The geometric characteristics of the generated internal cells are defined using the crack orientation, given by the failure criterion, to provide a better numerical efficiency. The results obtained with the proposed formulation are compared with the ones obtained with other numerical methods and also from experiments.

Orientador: Leandro Palermo Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-25T11:44:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_LuizAntonio_M.pdf: 3239468 bytes, checksum: 6e32be621db949f69c865def857a4bc9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente trabalho está divido em quatro partes. Na primeira parte, utilizando o método dos elementos de contorno (MEC), se fez a análise de problemas bidimensionais com aproximação linear. Foi considerada a possibilidade de se aplicar a técnica de sub-regiões para se levar em conta a diversidade de materiais, bem como a suavização do contorno por mínimos quadrados para evitar a possíveis perturbações. Foi considerado a possibilidade de colocação de uma linha de carga no domínio. Na segunda parte, utilizando o método dos elementos finitos (MEF), se fez a análise linear de pórticos planos. Para este estudo foram utilizadas barras com dois nós e esses com três graus de liberdade. Na terceira parte, a análise elástica linear de meios contínuos (Estado Plano de Tensão Generalizado) enrijecidos com elementos lineares (barras) é estudada fazendo-se um acoplamento entre elementos modelados com o MEC e com o MEF. As fibras são modeladas pelo MEF com elementos lineares de três graus de liberdade por nó e quatro nós por barra. Os elementos planos são modelados pelo MEC com elementos isoparamétricos lineares no perímetro. É permitido o uso de sub-regiões com objetivo de generalizar o tratamento do meio elástico. Na quarta parte, utilizando o acoplamento MEF/MEF, se fez a análise linear de pórticos planos sobre base elástica. O acoplamento se dá entre as barras do pórtico e as barras introduzidas como enriquecedor no problema elástico bidimensional. Tendo em conta estes aspectos da formulação desenvolvida, alguns exemplos são apresentados para avaliação de seu desempenho nos problemas de engenharia / Abstract: This paper is divided into four parts . In the first part , using the boundary element method (BEM) , we did the analysis of two-dimensional problems with linear approximation . We considered the possibility of applying the technique of sub - regions to take into account different materials, as well as smoothing the contour by least squares to avoid possible disturbances . We considered the possibility of placing a load line in the field. In the second part, the linear analysis for plane frames was carried out with the finite element method (FEM). Bars with two nodes and three degrees of freedom were used in this study . In the third part, the linear elastic analysis of continuous media (Generalized Plane Stress problems) stiffened with one-dimensional elements (bars) is studied through between elements of the BEM and the FEM. The fibers are modeled by FEM with three degrees of freedom linear elements and using four-nodes. The plane domain is modeled with the BEM and using isoparametric elements. The use of sub - regions in order to generalize the treatment of the elastic medium is allowed. In the fourth part , using the FEM / FEM coupling , a linear analysis of plane frames on elastic foundation is carried out. Some examples are presented to evaluate the formulation behavior engineering problems / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T22:10:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_EdsonAntonioCapello_D.pdf: 12993072 bytes, checksum: d64ec3f5d6e469c0bf39976c3e3b23ca (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se a formulação para acoplamento do método do Elementos Finitos e Elementos de Contorno para solução de problemas dinâmicos transientes em meios viscoelásticos. A formulação do MEF transiente viscoelástico, foi realizada diretamente no domínio do tempo, utilizando o conceito de integrais hereditárias. Na formulação do MEC, a resposta transiente é obtida, através de uma inversão numérica de domínio, a partir da solução estacionária do problema, sendo que, esta última é proveniente das funções de influência do semiespaço. Nos exemplos apresentados, o MEF viscoelástico é aplicado em estruturas de barra e viga, onde os problemas visco-elastodinâmicos e quase-estáticos foram verificados, enquanto o MEC é utilizado para analisar a resposta dinâmica de uma estrutura rígida com e sem massa sobre o solo viscoelástico. Alguns exemplos verificam a eficiência da inversão numérica aplicada na formulação do MEC. Os resultados obtidos são bastante satisfatórios, e as soluções podem ser estendidas para outras pesquisas, como análise do comportamento de estruturas viscoelásticas mais complexas e soluções de outros problemas dinâmicos envolvendo o semi-espaço / Abstract: In this work, the formulation for coupling the Finite Element Method (FEM) and the Boundary Element Method (BEM) was developed for transient dynamic viscoelastic problems. The FEM transient viscoelastic formulations was developed directly in time domam, using the hereditary integrals concept. In the BEM formulations, the transient response is obtained through numerical inversion of domam, using the stationary solution. The stationary solution is obtained ftom the influence functions of half-space. In the demonstrated examples, the viscoelastic FEM is applied to plane bar and beam structures, where visco elastodynamic and quasi-static problems were verified. On the other hand, the BEM is used to analyse the transient dynamic response of a rigid structure, with and wihtout mass, over a viscoelastic soil. Some other examples verify the efficiency of the numerical inversion applied for BEM formulations. The obtained results were satisfactory, and the proposed technique can be extended to other research applications as the study of complex viscoelastic structures behavior, and other dynamic problems involving halfspace solutions / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero / Tese (doutorado) - Universidade Estaudal de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T18:05:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_WilliamPortilhode_D.pdf: 26643195 bytes, checksum: 744132c2c47025a4ed4eec9de86c860b (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento, a implementação e aplicações de uma formulação de elementos de contorno para análise de problemas estáticos e dinâmicos em placas anisotrópicas submetidas a carregamentos de flexão. O trabalho se baseia na teoria de placas finas de Kirchhoff Uma vez que a formulação dinâmica de elementos de contorno não foi encontrada na literatura consultada, as análises são realizadas utilizando-se uma formulação desenvolvida a partir das soluções fundamentais para elastostática. As integrais de domínio, provenientes dos carregamentos distribuídos ou dos termos de inércia, são transformadas em integrais de contorno usando-se o método da reciprocidade dual. Esta formulação é aplicada no cálculo da deflexão de placas isotrópicas e anisotrópicas, na análise dinâmica de estruturas ortotrópicas, anisotrópicas e estruturas de materiais compósitos laminados, submetidas a cargas harmônicas. É analisada a influência dos nós internos e da malha na precisão dos resultados. Os resultados numéricos são apresentados para problemas quaseisotrópicos, ortotrópicos e totalmente anisotrópicos. Os resultados obtidos são comparados com resultados presentes na literatura e mostram boa concordância / Abstract: Here, static and dynamic analysis of a number of anisotropic problems using the boundary element method are presented. The formulation used is developed fram the elastostatic fundamental solutions and the domain integraIs due to inertial terms are transformed into boundary integraIs by using the dual recipracity method. Application is made to the calculation of deflections in anisotrapic plates, to the dynamic analysis of orthotrapic plates and to the analysis of anisotropic and composite laminar plates under harmonic loads. Numerical results are presented for quasi-isotropic, orthotropic and anisotrapic problems. The influence of number of internal nodes and number of boundary elements on the accuracy of the results is analyzed. The results are compared with other results fram the literature showing good agreement / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica