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[en] GEOMETRIC AND NUMERICAL ADAPTATIVITY OF 2D AND 3D FINITE ELEMENT MESHES / [pt] ADAPTATIVIDADE GEOMÉTRICA E NUMÉRICA NA GERAÇÃO DE MALHAS DE ELEMENTOS FINITOS EM 2D E 3DRAFAEL ARAUJO DE SOUSA 20 August 2007 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta uma metodologia para geração de
malhas
adaptativas de elementos finitos 2D e 3D usando
modeladores geométricos com
multi-regiões e superfícies paramétricas. A estratégia
adaptativa adotada é
fundamentada no refinamento independente das curvas,
superfícies e sólidos.
Inicialmente as curvas são refinadas, no seu espaço
paramétrico, usando uma
técnica de partição binária da curva (binary-tree). A
discretização das curvas é
usada como dado de entrada para o refinamento das
superfícies. A discretização
destas é realizada no seu espaço paramétrico e utiliza uma
técnica de avanço de
fronteira combinada com uma estrutura de dados do tipo
quadtree para gerar
uma malha não estruturada de superfície. Essas malhas de
superfícies são
usadas como dado de entrada para o refinamento dos
domínios volumétricos. A
discretização volumétrica combina uma estrutura de dados
do tipo octree
juntamente com a técnica de avanço de fronteira para gerar
uma malha sólida
não estruturada de elementos tetraédricos. As estruturas
de dados auxiliares dos
tipos binary-tree, quadtree e octree são utilizadas para
armazenar os tamanhos
característicos dos elementos gerados no refinamento das
curvas, superfícies e
regiões volumétricas. Estes tamanhos característicos são
definidos pela
estimativa de erro numérico associado à malha global do
passo anterior do
processo adaptativo. A estratégia adaptativa é
implementada em dois
modeladores: o MTOOL (2D) e o MG (3D), que são
responsáveis pela criação de
um modelo geométrico, podendo ter, multi-regiões, onde no
caso 3D as curvas e
superfícies são representadas por NURBS. / [en] This work presents a methodology for adaptive generation
of 2D and 3D
finite-element meshes using geometric modeling with multi-
regions and
parametric surfaces. The adaptive strategy adopted in this
methodology is based
on independent refinements of curves, surfaces and solids.
Initially, the model´s
curves are refined using a binary-partition algorithm in
parametric space. The
discratizetion of these curves is used as input for the
refinement of adjacent
surfaces. Surface discretization is also performed in
parametric space and
employs a quadtree-based refinement coupled to an
advancing-front technique
for the generation of an unstructured triangulation. These
surface meshes are
used as input for the refinement adjacent volumetric
domains. Volume
discretization combines an octree refinement with an
advancing-front technique
to generate an unstructural mesh of tetrahedral elements.
In all stages of the
adaptive strategy, the refinement of curves, surface
meshes and solid meshes is
based on estimated numerical errors associated to the mesh
of the previous step
in the adaptive process. In addition, curve and surface
refinement takes into
account metric distortions between parametric and
Cartesian spaces and high
curvatures of the model´s geometric entities. The adaptive
strategies are
implemented in two different modelers: MTOOL (2D) and MG
(3D), which are
responsible for the creation of a geometric model with
multi-regions, where for
case 3D the curves and surfaces are represented by NURBS,
and for the
interactive and automatic finite-element mesh generation
associated to surfaces
and solid regions. Numerical examples of the simulation of
engineering problems
are presented in order to validate the methodology
proposed in this work.
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[en] ENRICHED FINITE ELEMENTS FOR BUCKLING AND VIBRATION OF SHELLS / [pt] ELEMENTOS FINITOS ENRIQUECIDOS PARA FLAMBAGEM E VIBRAÇÃO DE PLACASAMANDA JAREK 24 August 2007 (has links)
[pt] O presente trabalho avalia a utilização de elementos
enriquecidos para obtenção de cargas críticas, freqüências
de vibração e seus respectivos modos de
peças estruturais bidimensionais (flexão de placas
retangulares sujeitas a compressão em seu plano). O método
de aproximação empregado foi o de Rayleigh-Ritz
voltado para o uso de elementos finitos convencionais
enriquecidos com funções
de deslocamentos adicionais internas e de contorno. As
funções ditas internas são
desenvolvidas de forma a não envolver deslocamentos e
rotações nodais e no contorno. Já as funções ditas de
contorno são concebidas de forma a envolver apenas
deslocamentos internos e ao longo de um lado apenas, sem
deslocamentos generalizados nodais. Para este estudo foram
desenvolvidas duas famílias de funções,
uma com termos adicionais trigonométricos e outra com
termos adicionais polinomiais. Para o cálculo de cargas
críticas e freqüências são utilizadas as matrizes
de rigidez elástica, rigidez geométrica e de massa,
introduzidas em problemas
generalizados de autovalores. Resultados numéricos são
obtidos através de procedimentos computacionais utilizando
o software Maple. Verifica-se que as funções
adicionais trigonométricas, embora mais satisfatórias que
as polinomiais quanto à
convergência, exigem maior esforço computacional. São
comparados resultados de
elementos para placas esbeltas (teoria de Kirchhoff), com
três e quatro graus de
liberdade por nó, onde o quarto grau de liberdade
corresponde à derivada mista
(torção). Mostra-se que as funções adicionais, não-nodais,
requerem o uso do elemento com quatro graus de liberdade
por nó, para se ter convergência no cálculo
das cargas críticas e freqüências em situações gerais.
Outros exemplos abordam
preliminarmente a inclusão de efeitos de dano e ortotropia
no material, visando
a modelagem de lajes comprimidas e pilares com seções
retangulares alongadas.
Esta modelagem envolvendo combinação de funções adicionais
gerais e elementos
convencionais representa um passo no desenvolvimento de
uma técnica aplicável
à combinação de modos globais e localizados de
instabilidade / [en] The focus of the present work is to developand evaluate
enriched elements
used to obtain critical loads, frequencies of vibration
and respective modes for
two-dimensional structural components (rectangular plates
in bending under inplane compressive loading). The
Rayleigh-Ritz approximation method has been
employed, directed to the use of conventional finite
elements enriched by internal
and boundary additional displacements functions. The
socalled internal functions are do not involve nodal and
boundary displacements and rotations. The
boundary functions are conceived to include displacements
within the element
and along one side, without involving any generalized
nodal displacements. Two
displacement function families were developed, the first
with trigonometric additional terms and the second with
polynomial additional terms. Critical loads
and frequencies, and respective modes, are obtained by the
use of elastic stifiness,
geometric, and mass matrices, introduced in generalized
eigenvalue problems. Numerical results are obtained by
computational procedures using Maple software.
The trigonometric additional functions, in spite of better
convergence properties,
demand greater computational effort. The basic elements
are classical thin plate
elements (Kirchhoff's theory) with three or four degrees
of freedom per node,
where the fourth degree of freedom corresponds to the
mixed derivative (torsion). The results indicate that non-
nodal additional functions require the use of
elements with four freedom degrees by node to obtain
convergence of critical loads
and frequencies convergence in general situations. Other
examples consist of preliminary approaches to include
damage effects, in reinforced orthotropic plates,
as modeling columns with wide rectangular sections and
compressed slabs. The
use of general additional functions combined with
conventional elements represents a step on the development
of a technique applicable to global and localized
instability modes.
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[en] NUMERICAL IMPLEMENTATION OF ACOPPLING SURFACE WATER: GROUNDWATER / [pt] UMA IMPLEMENTAÇÃO NUMÉRICA DO ACOPLAMENTO ÁGUA SUPERFICIAL: ÁGUA SUBTERRÂNEAJOAO PAULO CASTAGNOLI 14 December 2007 (has links)
[pt] A relação entre os processos hidrológicos de escoamento
superficial e
subterrâneo apresenta uma grande variabilidade espacial
e
temporal. Podendo
ser representado de forma qualitativa como parte
sequêncial do ciclo
hidrológico, estes processos, demostram sua grande
dependência e
importância nos estudos de balanços hídricos. Visando
uma
representação
quantitativa, este trabalho faz o acoplamento, entre os
modelos numéricos de
escoamento superficial e de fluxo em meios porosos. Para
o
meio poroso
adotou-se o modelo numérico SWMS_3D (Simunek et al,
1995),
o qual resolve
a equação de Richards, para fluxo em meios porosos
saturados e não
saturados nas três dimensões. Na simulação da dinâmica
superficial, foram
desenvolvidos dois modelos derivados das equações de
Saint-
Venant: o
modelo da Onda Cinemática e o modelo de Difusão. Para a
solução numérica
foi empregado o método dos elementos finitos através da
formulaçao de
Galerkin, adotando uma malha tridimensional de elementos
tetraédricos,
formando uma sub-malha de elementos triangulares na
superfície. O modelo
de escoamento superficial emprega a malha triangular e
interage com o
programa SWMS_3D modificado (que utiliza a malha de
tetraédros) através
das imposições das condições de contorno transientes.
Este, responderá com
uma parcela de fluxo correspondente à recarga ou
descarga
no contorno a
cada passo de tempo. Com isso, o modelo gerado é capaz
de
quantificar
espacialmente e temporalmente as cargas de pressão em
todos os pontos do
domínio de estudo. / [en] While analyzing the interaction between the hydrological
processes of
surface and groundwater flow, it is seen that there is a
big difference in its
interaction in the space and time. These processes can be
represented in a
qualitative form as part of the hydrological cycle,
demonstrating its
dependences and importance in the hydrological balance.
This work does the
numerical coupling of the surface and groundwater flow.
This work adopted the
SWMS_3D numerical model (Simunek et. al., 1995), which
resolves the
Richards equation for saturated and non saturated porous
media flow in 3D. In
order to simulate the superficial dynamic flow, two models
from Saint-Vennat
equation were developed, these models are: the cinematic
wave model and the
diffusion model. These two models consider the average
outflow in sections in a
2D scenario. For the numerical solution the finite element
method was adopted
through the Galerkin formulation. Adopting a 3D domain
mesh of tetrahedral
elements, seen from above, in 2D, we can see a triangular
element mesh. The
superficial flow model uses the triangular mesh and
iterates with the SWMS_3D
modified software, which uses the tetrahedral elements
mesh. This was done
by changes in the boundary conditions to the models. The
SWMS_3D will
answer with a flow portion corresponding to a sink or
source action in the
surface, in each time step. Finally the generated model is
able to quantify in
space and in time the pressure head in the study domain.
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[en] EVALUATION OF REFINED MODELS FOR INSTABILITY AND VIBRATION OF TWO-DIMENSIONAL STRUCTURE / [pt] AVALIAÇÃO DE MODELOS REFINADOS PARA INSTABILIDADE E VIBRAÇÕES DE ESTRUTURAS BIDIMENSIONAISELAINE CRISTINA RODRIGUES PONTE 19 February 2008 (has links)
[pt] Este trabalho consiste em desenvolver e avaliar modelos
clássicos de
elementos finitos combinados com funções polinomiais
adicionais, para a
obtenção de cargas críticas de instabilidade e freqüências
naturais de estruturas
planas, com seus respectivos modos. O objetivo consiste em
buscar uma
sistemática confiável para obter estimativas de
deformações localizadas em
regime próximo ao colapso. Utiliza-se o método dos
Elementos Finitos em
combinação com o método clássico de Rayleigh-Ritz. Como
elemento
fundamental para tal estudo, emprega-se o elemento
retangular de Barber-Weaver,
que contém quatro nós, cada nó com duas translações e duas
rotações
independentes (equivalentes a uma rotação e uma distorção
angular). Esse
elemento é enriquecido com funções de deslocamentos
adicionais internas e de
contorno, em forma de séries polinomiais gerais. Esse
conjunto de funções é
incorporado nas expressões de energia para levar ao
estabelecimento de matrizes
de rigidez elástica, geométrica e de massa. Tais matrizes
permitem estabelecer
problemas generalizados de autovalor para obtenção de
cargas críticas e
freqüências, e respectivos modos de flambagem e vibração.
Para os estudos
numéricos comparativos apresentados nos exemplos, são
implementadas diversas
rotinas usando o software Maple 9.0. Os resultados mostram
que a metodologia
apresentada pode ser usada no desenvolvimento de uma
técnica aplicável à
obtenção de modos globais e localizados de instabilidade,
quando há a
combinação de efeitos não lineares geométricos e de
material. / [en] This work consists in developing and evaluating classical
of finite element
models combined with additional polynomial functions, to
obtain critical loads of
instability and natural frequencies of plane structures,
and respective modes. The
objective is to search for a reliable technique to get
estimates of localized
deformations near to collapse. The Finite Elements method
is used in combination
with the classic method of Rayleigh-Ritz. As a basic
element for such study, the
rectangular element of Barber-Weaver is used, containing
four nodes, each one
with two translations and two independent rotations
(equivalents to a rotation and
an angular distortion). This element is enriched with
additional internal
displacement functions and with functions on the boundary,
forming general
polynomial series. These nodal functions are incorporated
in the energy
expressions leading to the establishment of elastic
stiffness, geometric, and mass
matrices. Such matrices allow the establishment of
generalized eigenvalue
problems to obtain critical loads and frequencies, and the
respective modes of
buckling and vibration. For the comparative numerical
studies presented in the
examples, several routines are implemented using software
Maple 9.0. The results
show that the methodology presented herein can be used in
the development of an
applicable technique to the ascertainment of instability
in global and located
modes, when there is a combination of geometric nonlinear
and material effects.
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[en] DYNAMIC BEHAVIOR OF BURIED PIPES: METHODOLOGY AND COMPUTATIONAL IMPLEMENTATION / [pt] COMPORTAMENTO DINÂMICO DE DUTOS ENTERRADOS: METODOLOGIA E IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONALIGOR EDUARDO OTINIANO MEJIA 31 March 2009 (has links)
[pt] Neste trabalho apresenta-se uma metodologia de análise do
comportamento mecânico de dutos enterrados usados no
transporte de gás e outros fluidos sujeitos
a cargas dinâmicas. Em especial são considerados
carregamentos provocados por sismos. Emprega-se uma
modelagem em elementos finitos com base em uma
discretização com elementos especiais de viga para modelar
o duto. Não linearidades geométricas e do material são
consideradas numa formulação Lagrangeana total. As equações
de equilíbrio são formuladas a partir do principio
dos trabalhos virtuais, segundo as componentes de tensão e
deformação no elemento viga-duto. A técnica do Módulo
Reduzido de Integração Direta (RMDI) é empregada na qual se
incorpora o comportamento elasto-plástico do material.
Esta abordagem exclui da análise os efeitos do enrugamento
nas paredes do duto. As matrizes para resolução por
elementos finitos dessas equações são derivadas.
Nessa metodologia os efeitos da interação solo-duto são
incorporados. O solo é modelado através de elementos
bidimensionais considerando um modelo constitutivo Linear-
Equivalente, acoplados ao duto por meio de elementos de
interface localizados entre o duto e o solo. Finalmente são
considerados contornos artificiais amortecidos para
possibilitar a representação do problema através de
um trecho finito. Foram usados para as análises históricos
de acelerações do tipo sismo, entre estes o sismo ocorrido
em Pisco-Perú no ano 2007. Desenvolve-se
um programa para computador segundo a metodologia
apresentada. Finalmente
são estudados alguns exemplos com o objetivo de avaliar
numericamente os resultados da análise obtidos e formular
algumas conclusões sobre o
comportamento de dutos enterrados sujeitos a cargas
dinâmicas. / [en] This work presents a numerical methodology for the analysis
of buried pipes employed by the transport of oil and gas
subject to dynamic loads. Emphasis is given to seismic
loads. A finite element model based on a special class of
beam element for the pipe representation is employed. Both
geometric and material nonlinearities are considered in a
total Lagrangean formulation. The equilibrium
equations are formulated based on the virtual work
principle considering the stress and deformation components
of the beam-pipe element. The Reduced Modulus
Direct Integration (RMDI) technique is employed by which
the elasto-plastic material behavior is incorporated. This
technique excludes from the analysis the
local buckling effects of the pipe walls. The corresponding
finite element matrices for this element are obtained. In
this methodology the effects of the constant
internal pressure as well as the soil-pipe interaction are
included. The soil is modeled through two-dimensional
elements with material behavior described
through a linear equivalent model. Interface elements
couple beam-pipe elements with soil elements and account
for soil-pipe interaction. Finally silent boundary
elements are incorporated to the model to reproduce the
semi-infinite boundary conditions in the finite size model.
Distributed loads are considered constant with
respect to the global axis. Acceleration histories are
applied to simulate seismic dynamic loads among which the
acceleration histories of the earthquake which
occurred in Pisco-Perú in 2007. A finite element computer
code is developed according to the methodology presented.
Some examples are studied with the objective to evaluate
numerically the analysis results and to formulate some
conclusions to the behavior of buried pipes subject to
seismic loads.
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Análise não-linear física simplificada de estruturas de contraventamento de edifícios de alvenaria estrutural / Simplified physical non-linear analysis on shear wall masonry buildingsGomes, Denise Itajahy Sasaki 19 May 2010 (has links)
Neste trabalho são discutidos os aspectos referentes à análise não-linear física de painéis de contraventamento em alvenaria estrutural. O objetivo foi a obtenção de coeficientes a serem aplicados ao produto de rigidez à flexão (EI) para a consideração da não-linearidade física de forma simplificada. As estruturas foram analisadas de forma paramétrica através de um modelo de elementos finitos lineares (pórtico plano), com a utilização de duas diferentes taxas de armaduras para uma combinação de ação horizontal e vertical aplicada. A ação horizontal limitou o deslocamento do topo do painel em H/3500, nas análises lineares. A ação vertical simulou a reação de uma laje com peso próprio e sobrecargas de utilização. A alvenaria foi considerada como um meio contínuo e homogêneo (macro-modelos). Foi apresentada uma metodologia para a obtenção do coeficiente de rigidez à flexão para ser aplicado nas análises lineares e simular o efeito da não-linearidade física. Os valores do coeficiente de redução do produto de rigidez à flexão apresentaram-se muito baixos, com uma variação de 0,1 a 0,4, sugerindo a verificação do modelo matemático bem como do programa utilizado nas análises. / This study deals with aspects related to the nonlinear analysis of physical shear walls in masonry. The objective was to obtain coefficients to be applied to the product of bendind stiffness (EI) for considering physically nonlinear behavior in a simplified analysis. The structures were analyzed usig a parametric finit element model using linear elements (plane frame), with two different reinforcement ratios for one combination of horizontal and vertical actions. The horizontal action limited de top displacement of the shear wall in H/3500. The vertical loads simulated the reaction of a slab with self-weight and burdens of use. The masonry was considered as a means continuous and homogeneous (Macro-models). Was presented a methodology for obtaining the coefficient of bending stiffness to be applied in linear analysis and simulate the effect of non-linearity. The coefficient of reduction product of bending stiffness were very low, with a variation of 0.1 to 0.4, suggesting the verification of mathematical model and the program used in the analysis.
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Localização de modos de vibração em painéis modulados de lajes protendidas. / Mode localization of modular prestressed plate panels.Kassab, Munir Mohamed 17 April 2009 (has links)
Nesta pesquisa, estuda-se o fenômeno de localização de modos de vibração em estruturas moduladas quase periódicas de comportamento linear e não-linear. Em particular, contempla-se uma aplicação na Engenharia Civil, os painéis de placas periódicos com pequenas imperfeições fracamente acoplados entre si através de viga de grande rigidez, e principalmente submetidos à variação de forças de membrana introduzidas por meio da protensão, o que só pode ser levado em conta introduzindo a rigidez geométrica no modelo matemático. No caso de sistemas lineares, a presença de pequenas desordens nas características de rigidez ou massa de subsistemas fracamente acoplados pode causar confinamento espacial nas vibrações livres, conhecido como Localização de Modos, e pode inibir a propagação da resposta forçada. È o que tem sido mostrado na literatura técnica, em especial nas áreas de Engenharia Mecânica e Aeroespacial. Os efeitos de localização serão obtidos numa perspectiva modal. O programa de elementos finitos DYMPLATE implementado pelo autor para análise dinâmica não-linear de estruturas de placas, será utilizado para modelar estruturas periódicas (ordenadas) e quase periódicas (desordenadas). Os modelos são linearizados em torno de configurações deformadas de referência. O problema algébrico de autovalores é resolvido para obter as freqüências naturais e correspondentes modos de vibração. Estruturas planas constituídas por placas protendidas com módulos repetidos, pequenas imperfeições e diferentes condições de apoio e de carregamento, serão utilizadas na investigação numérica da influência de diversos fatores na Localização de Modos, em especial as forças de membrana. / In this research, the phenomenon of vibration modes localization in nearly periodic modular structures of linear and nonlinear behavior is studied. Of special interest is an application in Civil Engineering, lightly coupled periodic plate panels with small imperfections, mainly submitted to the variation of membrane forces introduced by prestress forces, which can be only considered by introducing geometric stiffness in the mathematical model. In the linear case, the presence of small disorders in the stiffness or mass characteristics of lightly coupled sub-systems can cause spatial confinement of free vibrations, known as Mode Localization, and can inhibit the propagation of the forced response. That is what has been shown in the literature, especially in the areas of Mechanical and Aerospace Engineering. The effects of localization are viewed from a modal perspective. DYMPLATE, a finite element software implemented by the author for nonlinear dynamic analysis of plates, will be utilized to model ordered and disordered plate periodic structures. The models are linearized about a deformed reference configuration. The algebraic eigenvalue problem is solved to obtain the natural frequencies and corresponding modes shapes. Plane structures constituted by prestressed plates with repetitive dynamic characteristics, small imperfections and different boundary conditions and loads, will be utilized in the numerical investigation of the influence of numerous factors in the Mode Localization.
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Modelagem paramétrica de pórticos rolantes: estabilidade estrutural e otimização. / Gantry cranes parametric modeling: structural stability and optimization.Sobue, Gustavo 29 July 2005 (has links)
O objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta de automatização de cálculo para projeto estrutural de pórticos rolantes. Com o apoio da geração automática de um modelo de elementos finitos e um memorial de cálculo, o projeto estrutural desses equipamentos pode ser rapidamente verificado quanto ao limite de escoamento do material e resistência à flambagem. Optou-se pela utilização do método dos elementos finitos para o cálculo estrutural, pois se trata de uma ferramenta de cálculo moderna, que permite avaliar soluções para as quais não há ferramentas analíticas disponíveis. Porém, o tempo para geração de modelos de cálculo pode ser longo em relação ao cronograma do projeto, principalmente se houver a necessidade de se alterar a geometria inicial ou se existirem várias condições de carregamento a serem analisadas. A utilização de um pré-processador permite que várias alternativas sejam analisadas para escolha da que melhor atenda aos requisitos de projeto e de custo. Assim como ocorre com outras estruturas de engenharia, não existe uma equação de dimensionamento, mas sim de verificação; as estruturas ótimas são procuradas por tentativa e erro com base na experiência do projetista. Para facilitar a busca de uma estrutura ótima, implementou-se também uma rotina para otimizar as estruturas metálicas do pórtico. Adotou-se como função objetivo nesta implementação a minimização da massa, o que no caso dos pórticos implica em redução da área da seção transversal das vigas. Como restrições a esta redução adotaram-se o limite de escoamento do material e limite de estabilidade da estrutura (flambagem). Foram utilizados os aplicativos Excel (Microsoft), Ansys (Ansys Inc.) e Mathcad (Mathsoft) de maneira integrada a fim de se obter uma interface amigável, uma análise estrutural confiável e a elaboração automática de um memorial de cálculo. / The objective of this work is to develop a tool to generate an automatic structural design of gantry cranes. With an automatic generation of finite element models and also a design report, this routine allows a fast verification against yield of material and structural instability. The use of the finite element method was chosen for the structural design because it is a modern analysis tool that permits the evaluation of geometric configurations for which there are no analytical formulations available. However, the time necessary to build these models may be high, especially if there are changes in the initial geometry and many load cases. The use of a pre-processor allows the evaluation of a series of geometric alternatives, within which would be chosen the one with the lowest cost that attends the clients specifications. Like many other engineering problems, there are no direct equations to find an adequate structure; there are only verification procedures available; the optimum structures are searched by trial and error, based on the designers experience. To accelerate this search process, an optimization routine was developed. Mass reduction was adopted as the objective function, which leads to reduction of the cross section area of the beams. Yield strength and buckling were adopted as restrictions to this optimization. Excel (Microsoft), Ansys (Ansys Inc) and Mathcad (Mathsoft) software were integrated to provide an user-friendly interface, reliable structural analysis and an automatic report generation.
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Estudo do comportamento das deformações em flanges obtidos pelo processo de estampagem incremental através de elementos finitos e projeto de um suporte modular / Study of the behavior of deformations in hole-flanging produced by incremental sheet forming using finite elements and design of a modular rigFurlanetti, Michael 08 October 2014 (has links)
A estampagem incremental é um processo de deformação incremental de chapa que pode ser classificado em três modos distintos: estampagem incremental sem matriz, estampagem incremental com matriz parcial e estampagem com matriz total. A deformação ocorre devido ao contato entre a ferramenta e a chapa, localmente e progressivamente, ao longo de uma trajetória pré-definida. A chapa permanece presa a suportes que fixam as suas extremidades de maneira a impedir os deslocamentos provocados pela passagem da ferramenta. A primeira parte deste trabalho compreende estudos em elementos finitos, usando o software LS-Dyna, sobre a trajetória das deformações na estampagem incremental para a fabricação de flanges em chapas previamente furadas de liga de alumínio AA1050. Foram realizados testes de contato e de linha que permitiram definir parâmetros da simulação. Os resultados para as deformações foram confrontados com os resultados obtidos experimentalmente por outros autores e permitiram verificar o comportamento das deformações nos flanges. As deformações crescem montonicamente até os valores máximos. Este resultado confirma a teoria de que na estampagem incremental de chapas a fratura ocorre sem o prévio aparecimento da estricção. A segunda parte deste trabalho trata do desenvolvimento de um suporte modular aplicável a estampagem incremental, tanto na sua variante sem matriz quanto com matriz, com o intuito de aumentar a flexibilidade do processo com relação à geometria da peça a ser deformada. Foi empregada a técnica de análise de valor objetivando alcançar a melhor funcionalidade do sistema. Como resultado foi obtido um suporte modular que atende os requisitos de rigidez, flexibilidade, modularidade, agilidade na troca da chapa a ser deformada e simplicidade construtiva. / The sheet incremental forming can be classified into three basic configurations, depending on the number of contact points between the sheet, tool and die (when present). Single incremental forming (absence of specific dies) and two point incremental forming (presence of a partial or full die) can be distinguished. The process makes use of a simple, low-cost, hemispherical tipped tool to precisely and progressively shape a blank into a metal sheet along a predefined tool path. The sheet is fixed onto the rig to prevent lateral displacements caused by tool movement. The first part of this work includes studies about finite elements, using the LS-Dyna software, applied to deformation path in hole-flanging produced by incremental sheet forming. The investigation was carried out using aluminum alloy AA1050. Contact and line numerical results support simulation parameters choices. The results from the strains were compared with empirical ones obtained by other authors. The results showed the deformation mechanics behavior of the hole-flanging. The strain paths of hole-flanging produced by incremental sheet forming grew linearly and monotonically from the origin to the maximum achievable strains. This result confirms the absence of local necking along plane strain directions. The second part of this work deals with the development of a modular rig that can be applied to dieless, partial or total die single point incremental forming in order to increase the flexibility of the process concerning the geometry of the part to be deformed. The result was a modular rig with constructive simplicity and requirements of stiffness, flexibility and modularity when exchanging sheets.
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Resposta ao desbalanço de rotor com absorvedor dinâmico rotativo com elemento viscoelástico / Unbalance response of rotor with rotating dynamic absorber with viscoelastic elementFontes, Yuri Correa 19 February 2015 (has links)
O presente trabalho consiste no projeto de um modelo em elementos finitos de um absorvedor dinâmico rotativo utilizando-se um material viscoelástico como componente dissipador do sistema. O absorvedor é composto por um anel de material viscoelástico interposto entre dois anéis de aço, o qual é fixado na extremidade livre de um sistema rotativo representado por um eixo flexível, suportado por dois rolamentos, no qual estão fixos dois discos igualmente espaçados do centro entre os dois mancais. O modelo em elementos finitos do sistema rotativo é validado com os dados experimentais do modelo real e suas velocidades críticas são determinadas baseadas no diagrama de Campbell e na resposta ao desbalanço em um dos discos. O modelo inicial do absorvedor dinâmico rotativo é replicado de um modelo da literatura e as respostas a uma excitação na forma de impulso são comparadas. O modelo desenvolvido equipara-se ao da literatura para frequências até 600 Hz, intervalo que compreende as velocidades críticas a serem amortecidas. A otimização do absorvedor é realizada através de variações da geometria do mesmo e são traçadas curvas de influência de cada parâmetro sobre suas frequências naturais. Com base nestas curvas são realizadas análises de influência conjunta dos parâmetros geométricos sobre tais frequências. Pelos resultados obtidos verifica-se a possibilidade da obtenção de um modelo que atue sobre modos de flexão específicos do sistema rotativo, atenuando as amplitudes de vibração das velocidades críticas correspondentes a cada modo. Uma vez obtidos os modelos de absorvedores dinâmicos correspondentes aos dois primeiros modos de flexão do sistema rotativo, ambos são acoplados ao sistema e se observa grande redução dos picos de amplitude do primeiro modo de flexão, enquanto os picos do segundo modo sofrem baixa alteração. / The present work concerns the development, optimization and validation of a finite element model of a dynamic vibration absorber using a viscoelastic material as the damping component. The dynamic absorber consists of a ring of viscoelastic material interposed between two rings of steel, which is fixed to the free end of a rotary system represented by a flexible shaft supported by two bearings, on which are fixed two discs equally spaced in the center of both bearings. The finite element model of the rotating system is validated with experimental data from the actual model and its critical speeds are determined based on the Campbell diagram and in its response to the imbalance. The initial model of the dynamic absorber is replicated from a model of the literature and the responses to an impulse excitation are compared. The developed model matches the literature one for frequencies up to 600 Hz, range comprising the critical speeds to be damped. The absorber\'s optimization is accomplished through variations of its geometry and influence curves of each parameter over its natural frequencies are drawn. Based on these curves, combined influence analyzes of the geometrical parameters over such frequencies are performed. From the results obtained, it can be seen the possibility of achieving a model that acts on specific bending modes of the rotation system, reducing the vibration amplitudes of the critical speeds corresponding to each mode. Once obtained the dynamic absorbers models corresponding to the first two modes of vibration of the rotatative system, both models are coupled to the system and it is observed great reduction of the amplitude of the first bending mode peaks, while the second mode suffer low peaks reduction.
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