Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-07-07T18:35:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação.pdf: 6420161 bytes, checksum: b09629f500126d4eb53c955503dd8651 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-07T18:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) dissertação.pdf: 6420161 bytes, checksum: b09629f500126d4eb53c955503dd8651 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / CAPES / A análise limite visa a determinação das cargas que provocará o fenômeno do colapso plástico incipiente, que se caracteriza pelo desenvolvimento de deformações indefinidamente crescentes à carregamento constante. Este trabalho trata do cálculo da carga de colapso em problemas da mecânica dos sólidos. Do ponto de vista matemático a análise limite é essencialmente um problema de otimização, que compreende o conjunto da teoria matemática e de métodos de resolução relativos ao problema de minimizar (ou maximizar) um funcional cujas variáveis são restritas a um domínio definido por uma série de igualdades e desigualdades. Serão utilizados os princípios variacionais estático, cinemático e misto. A restrição do critério de plastificação induz a um problema de otimização não linear para a análise limite. Neste trabalho no entanto, será utilizada a programação cônica de segunda ordem (SOCP). Trata-se de uma formulação nova de programação, com restrições cônicas. Sua utilização é crescente nos problemas de otimização. Atualmente há alguns programas livres e comerciais em utilização na literatura. Podemos citar o SeDuMi, um dos primeiros em uso. Há também o MOSEK, um código comercial com disponibilidade gratuita para universidades e o SDPT3, código aberto e gratuito. Neste trabalho foi utilizado o SDPT3 que demonstrou maior capacidade de resolução com malhas grandes de milhares de elementos e apresentou uma deferência menor entre as soluções primal e dual. Neste trabalho se desenvolveu um programa de elementos finitos e análise limite com otimização cônica FELA (finite element limit analysis). / Limit analysis aim at determining threshold load that causes the phenomenon of incipient plastic collapse, which is characterized by the development of indefinitely growing strains at constant load. This work deals with the calculation of collapse load in solid mechanics problems. From a mathematical point of view limit analysis is essentially an optimization problem, which comprises the mathematical theory and resolution methods for minimization (or maximization) problem of a functional whose variables are restricted to a domain defined by a series of equalities and inequalities. Static, kinematic and mixed variational principles will be used. Yielding criterion restriction induces to a nonlinear optimization problem for limit analysis. In this work however, it will be used the second order conic programming (SOCP). It is a new programming formulation with conical restrictions. Its use is growing in optimization problems. Currently there are some free and commercial programs in use in the literature. We can mention SeDuMi, one of the first in use. There is also MOSEK, a commercial code with free availability to universities and SDPT3, open and free code. In this study we used SDPT3 that showed higher resolution capability with large meshes of thousands of elements and had a lower deference between the primal and dual solutions. In this work it was developed a finite element program

O objetivo deste trabalho, por um lado, é estudar as bases teóricas, dentro do contexto variacional, a fim de formular o problema de acoplamento entre modelos matemáticos dimensionalmente heterogêneos. Por outro lado, devido às características do problema algébrico resultante e à necessidade de acesso completo a códigos numéricos de resolução aproximada, objetiva-se estudar o emprego de estratégias de decomposição de domínio para resolver o problema de forma iterativa através da sucessiva resolução de problemas dimensionalmente homogêneos, cuja resolução é mais simples e para os quais códigos já existentes estão disponíveis. Portanto, primeiramente estabelecemos um princípio variacional para o problema sob estudo. Logo, discretizamos o problema por meio do método dos elementos finitos e discutimos as características e dificuldades que o sistema algébrico compreende. A partir daí, empregamos técnicas baseadas na decomposição de domínios especialmente formuladas para problemas envolvendo modelos heterogêneos e, por fim, apresentamos vários exemplos numéricos a fim de mostrar o funcionamento da metodologia. Com esta abordagem passo-a-passo buscamos obter um ganho no entendimento dos conceitos teóricos envolvidos, assim como uma maior facilidade na aplicação destas ideias a novas situações.

In this work we study equations that describe laminar flow through a rigid isotropic granular (non consolidated) porous medium subjected to a external force field. Firstly we present the meaning of the many phisical terms of the equation and some interpretation, also a general deduction of this equation is presented. Secondly, knowing the system porosity and using Faedo-Galerkin method we obtain results of existence of weak solutions in Sobolev spaces. / Neste trabalho estudamos equações que regem escoamentos laminares em meios porosos granulares (não consolidados) sujeitos a um campo de forças externas. Numa primeira parte apresentamos os significados físicos e alguma interpretação dos diversos elementos da equação e uma dedução, em linhas gerais, desta. Numa segunda parte, conhecendo-se a porosidade do sistema, utilizamos o método de Faedo-Galerkin em espaços de Sobolev para obter resultados de existência de soluções fracas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KarineDamasio.pdf: 5773113 bytes, checksum: afa593104cc7e14a3d65575271995ed4 (MD5) Previous issue date: 2011-03-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / O objetivo deste trabalho, por um lado, é estudar as bases teóricas, dentro do contexto variacional, a fim de formular o problema de acoplamento entre modelos matemáticos dimensionalmente heterogêneos. Por outro lado, devido às características do problema algébrico resultante e à necessidade de acesso completo a códigos numéricos de resolução aproximada, objetiva-se estudar o emprego de estratégias de decomposição de domínio para resolver o problema de forma iterativa através da sucessiva resolução de problemas dimensionalmente homogêneos, cuja resolução é mais simples e para os quais códigos já existentes estão disponíveis. Portanto, primeiramente estabelecemos um princípio variacional para o problema sob estudo. Logo, discretizamos o problema por meio do método dos elementos finitos e discutimos as características e dificuldades que o sistema algébrico compreende. A partir daí, empregamos técnicas baseadas na decomposição de domínios especialmente formuladas para problemas envolvendo modelos heterogêneos e, por fim, apresentamos vários exemplos numéricos a fim de mostrar o funcionamento da metodologia. Com esta abordagem passo-a-passo buscamos obter um ganho no entendimento dos conceitos teóricos envolvidos, assim como uma maior facilidade na aplicação destas ideias a novas situações.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho apresenta uma modelagem matemática para o processo de aquecimento de um corpo exposto a uma fonte pontual de radiação térmica. O resultado original que permite a solução exata de uma equação diferencial parcial não linear a partir de uma seqüência de problemas lineares também é apresentado. Gráficos gerados com resultados obtidos pelo método de diferenças finitas ilustram a solução do problema proposto. / This work presents a mathematical model for the heating process on a body exposed to a punctual source of thermal radiation. An original result, that allows the construction of the exact solution for a non-linear partial differential equation by solving a sequence of linear problems, is also presented. Graphic images generated from the results obtained through the Finite Difference Method illustrate the solution of the proposed problem.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho apresenta uma modelagem matemática para o processo de aquecimento de um corpo exposto a uma fonte pontual de radiação térmica. O resultado original que permite a solução exata de uma equação diferencial parcial não linear a partir de uma seqüência de problemas lineares também é apresentado. Gráficos gerados com resultados obtidos pelo método de diferenças finitas ilustram a solução do problema proposto. / This work presents a mathematical model for the heating process on a body exposed to a punctual source of thermal radiation. An original result, that allows the construction of the exact solution for a non-linear partial differential equation by solving a sequence of linear problems, is also presented. Graphic images generated from the results obtained through the Finite Difference Method illustrate the solution of the proposed problem.

Este trabalho estuda a transferência de calor por condução considerando a condutividade térmica como uma função constante por partes da temperatura. Esta relação, embora fisicamente mais realista que supor a condutividade térmica constante, permite obter uma forma explícita bem simples para a inversa da Transformada de Kirchhoff (empregada para tratar a não linearidade do problema). Como exemplo, apresenta-se uma solução exata para um problema com simetria esférica. Em seguida, propôe-se uma formulação variacional (com unicidade demonstrada) que introduz um funcional cuja minimização é equivalente à solução do problema na forma forte. Finalmente compara-se uma solução exata obtida pela inversa da Transformada de Kirchhoff com a solução obtida via formulação variacional. / This work studies conduction heat transfer considering thermal conductivity as a piecewise constant function of temperature. This relationship, although physically more realistic than assuming constant thermal conductivity, provides a simple explicit form for the inverse of Kirchhoff transformation (employed to deal with the problem non-linearity). An exact solution for a problem with spherical symmetry is presented, as an example. In the sequence, a variational formulation (with demonstrated uniqueness) is proposed. This formulation introduces a functional whose minimization is equivalent to the solution of the problem in the strong form. Finally an exact solution obtained using the inverse of Kirchhoff transformation is compared with the solution obtained via variational formulation.

Este trabalho estuda a transferência de calor por condução considerando a condutividade térmica como uma função constante por partes da temperatura. Esta relação, embora fisicamente mais realista que supor a condutividade térmica constante, permite obter uma forma explícita bem simples para a inversa da Transformada de Kirchhoff (empregada para tratar a não linearidade do problema). Como exemplo, apresenta-se uma solução exata para um problema com simetria esférica. Em seguida, propôe-se uma formulação variacional (com unicidade demonstrada) que introduz um funcional cuja minimização é equivalente à solução do problema na forma forte. Finalmente compara-se uma solução exata obtida pela inversa da Transformada de Kirchhoff com a solução obtida via formulação variacional. / This work studies conduction heat transfer considering thermal conductivity as a piecewise constant function of temperature. This relationship, although physically more realistic than assuming constant thermal conductivity, provides a simple explicit form for the inverse of Kirchhoff transformation (employed to deal with the problem non-linearity). An exact solution for a problem with spherical symmetry is presented, as an example. In the sequence, a variational formulation (with demonstrated uniqueness) is proposed. This formulation introduces a functional whose minimization is equivalent to the solution of the problem in the strong form. Finally an exact solution obtained using the inverse of Kirchhoff transformation is compared with the solution obtained via variational formulation.

Este trabalho trata da combinação entre a formulação híbrida-mista de tensão (FHMT) (Freitas et al. (1996)), para a elasticidade plana, com o método dos elementos finitos generalizados (MEFG), Duarte et al. (2000). O MEFG se caracteriza como uma forma não-convencional do método dos elementos finitos (MEF) que resulta da incorporação a este de conceitos e técnicas dos métodos sem malha, como o enriquecimento nodal proposto do método das nuvens “hp". Como na FHMT são aproximados dois campos no domínio (tensão e deslocamento) e um no contorno (deslocamento), diferentes possibilidades de enriquecimento nodal são exploradas. Para a discretização do modelo híbrido-misto empregam-se elementos finitos quadrilaterais com funções de forma bilineares para o domínio e elementos lineares para o contorno. Essas funções são enriquecidas por funções polinomiais, trigonométricas, polinômios que proporcionam distribuição de tensões auto-equilibradas ou mesmo funções especiais relacionadas às soluções dos problemas de fratura. Uma extensão do teste numérico abordado em Zienkiewicz et al. (1986) é proposta como investigação inicial das condições necessárias para garantia de estabilidade da resposta numérica. O estudo da estabilidade é completado com a análise da condição de Babuška-Brezzi (inf-sup). Esta condição é aplicada nos elementos finitos quadrilaterais híbridos-mistos enriquecidos por meio de um teste numérico, denominado de inf-sup teste, desenvolvido com base no trabalho de Chapelle e Bathe (1993). Exemplos numéricos revelam que a FHMT é uma interessante alternativa para obtenção de boas estimativas para os campos de tensões e deslocamentos, usando-se enriquecimento sobre alguns nós de malhas pouco refinadas / This work presents a combination of hybrid-mixed stress model formulation (HMSMF) (Freitas et al. (1996)), to treat plane elasticity problems, with generalized finite element method (GFEM), (Duarte et al. (2000)). GFEM is characterized as a nonconventional formulation of the finite element method (FEM). GFEM is the result of the incorporation of concepts and techniques from meshless methods. One example of these techniques is the nodal enrichment that was formulated in the “hp" clouds method. Since two fields in domain (stress and displacement) and one in boundary (displacement) are approximated in the HMSMF, different possibilities of nodal enrichment are tested. For the discretization of the hybrid-mixed model quadrilateral finite elements with bilinear shape functions for the domain and linear elements for the boundary were employed. These functions are enriched with polynomial functions, trigonometric functions, polynomials that generate self-equilibrated stress distribution, or, even special functions connected with solutions of fracture problems. An extension of the numerical test cited in Zienkiewicz et al. (1986) is proposed as initial investigation of necessary conditions to assure the stability of the numerical answer. The stability study is completed with the analysis of the Babuška-Brezzi (inf-sup) condition. This last condition is applied to hybrid-mixed enrichment quadrilaterals finite elements by means of a numerical test, denominated inf-sup test, which was developed based on paper of Chapelle and Bathe (1993). Numerical examples reveal that HMSMF is an interesting alternative to obtain good estimates of the stress and displacement fields, using enrichment over some nodes of poor meshes

Este trabalho trata da combinação entre a formulação híbrida-mista de tensão (FHMT) (Freitas et al. (1996)), para a elasticidade plana, com o método dos elementos finitos generalizados (MEFG), Duarte et al. (2000). O MEFG se caracteriza como uma forma não-convencional do método dos elementos finitos (MEF) que resulta da incorporação a este de conceitos e técnicas dos métodos sem malha, como o enriquecimento nodal proposto do método das nuvens “hp”. Como na FHMT são aproximados dois campos no domínio (tensão e deslocamento) e um no contorno (deslocamento), diferentes possibilidades de enriquecimento nodal são exploradas. Para a discretização do modelo híbrido-misto empregam-se elementos finitos quadrilaterais com funções de forma bilineares para o domínio e elementos lineares para o contorno. Essas funções são enriquecidas por funções polinomiais, trigonométricas, polinômios que proporcionam distribuição de tensões auto-equilibradas ou mesmo funções especiais relacionadas às soluções dos problemas de fratura. Uma extensão do teste numérico abordado em Zienkiewicz et al. (1986) é proposta como investigação inicial das condições necessárias para garantia de estabilidade da resposta numérica. O estudo da estabilidade é completado com a análise da condição de Babuška-Brezzi (inf-sup). Esta condição é aplicada nos elementos finitos quadrilaterais híbridos-mistos enriquecidos por meio de um teste numérico, denominado de inf-sup teste, desenvolvido com base no trabalho de Chapelle e Bathe (1993). Exemplos numéricos revelam que a FHMT é uma interessante alternativa para obtenção de boas estimativas para os campos de tensões e deslocamentos, usando-se enriquecimento sobre alguns nós de malhas pouco refinadas / This work presents a combination of hybrid-mixed stress model formulation (HMSMF) (Freitas et al. (1996)), to treat plane elasticity problems, with generalized finite element method (GFEM), (Duarte et al. (2000)). GFEM is characterized as a nonconventional formulation of the finite element method (FEM). GFEM is the result of the incorporation of concepts and techniques from meshless methods. One example of these techniques is the nodal enrichment that was formulated in the “hp” clouds method. Since two fields in domain (stress and displacement) and one in boundary (displacement) are approximated in the HMSMF, different possibilities of nodal enrichment are tested. For the discretization of the hybrid-mixed model quadrilateral finite elements with bilinear shape functions for the domain and linear elements for the boundary were employed. These functions are enriched with polynomial functions, trigonometric functions, polynomials that generate self-equilibrated stress distribution, or, even special functions connected with solutions of fracture problems. An extension of the numerical test cited in Zienkiewicz et al. (1986) is proposed as initial investigation of necessary conditions to assure the stability of the numerical answer. The stability study is completed with the analysis of the Babuška-Brezzi (inf-sup) condition. This last condition is applied to hybrid-mixed enrichment quadrilaterals finite elements by means of a numerical test, denominated inf-sup test, which was developed based on paper of Chapelle and Bathe (1993). Numerical examples reveal that HMSMF is an interesting alternative to obtain good estimates of the stress and displacement fields, using enrichment over some nodes of poor meshes