Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-07-26T14:39:36Z No. of bitstreams: 1 2016_TiagodaSilvaOliveira.pdf: 1880693 bytes, checksum: 95a61210a9fb029decffc1764d410a3d (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-08-23T20:33:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_TiagodaSilvaOliveira.pdf: 1880693 bytes, checksum: 95a61210a9fb029decffc1764d410a3d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-23T20:33:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_TiagodaSilvaOliveira.pdf: 1880693 bytes, checksum: 95a61210a9fb029decffc1764d410a3d (MD5) / Essa pesquisa discorre sobre as formulações do método sem malha local, aplicadas à solução de problemas bidimensionais no âmbito da elasticidade linear. As formulações são embasadas na teoria das estruturas, onde os princípios energéticos variacionais servem de base teórica para os métodos numéricos. O método sem malha local é baseado no método dos resíduos ponderados e resulta na forma fraca local, que nada mais é do que o teorema do trabalho advindo da teoria das estruturas. Em uma região local arbitrária, o teorema do trabalho estabelece uma relação de energia entre um campo de tensões estaticamente admissível e um campo de deformações cinematicamente admissível. A independência desses dois campos permite a geração de duas novas formulações dos métodos sem malha, com o objetivo de reduzir o esforço computacional. Enquanto na primeira formulação, denominada Rigid-Body Displacament Mesh-Free formulation (RBDMF), a forma local do teorema do trabalho é reduzida de forma que se tem apenas termos de contorno, na segunda formulação, denominada Generalized-Strain Mesh- Free formulation (GSMF), a forma local do teorema do trabalho resulta em uma formulação totalmente livre de integração numérica. A aproximação do campo elástico pelo método dos mínimos quadrados móveis (MQM) é utilizada para implementar as duas formulações locais. Dois problemas foram analisados utilizando esses procedimentos, buscando mensurar a eficiência e a precisão dessas formulações. Os resultados obtidos com a análise estão em perfeita concordância com as soluções analíticas. A acurácia e a eficiência das implementações descritas acima fazem das formulações do método sem malha local uma nova estratégia de modelagem confiável e robusta, no âmbito da teoria das estruturas. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This paper is concerned with the formulation of local meshfree methods, for the solution of two-dimensional problems in linear elasticity. The formulations are derived in the framework of the theory of structures, where the variational energetic principles have become the theoretical basis of numerical methods. Local meshfree methods are derived through a weighted residual formulation which leads to a local weak form that is the well known work theorem of the theory of structures. In an arbitrary local region, the work theorem establishes an energy relationship between a statically-admissible stress field and an independent kinematically-admissible strain field. Based on the independence of these two fields, this paper presents two new meshless formulations that aim a reduction of the computational effort. While in the first formulation, the Rigid-Body Displacament Mesh-Free (RBDMF) formulation, the local form of the work theorem is reduced to regular boundary terms only, in the second formulation, the Generalized Strain Mesh- Free (GSMF) formulation, the local form of the work theorem is transformed into an integration-free formula. The moving least squares (MLS) approximation of the elastic field is used in this paper to implement all local meshless formulations. Several problems were analyzed with these techniques, in order to assess the accuracy and efficiency of the formulations. The results obtained in this work are in perfect agreement with those of available analytical solutions. The accuracy and efficiency of the implementations described herein make this a reliable and robust formulation of local meshfree methods, in the framework of the theory of structures.

Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-10-05T18:23:55Z No. of bitstreams: 1 ZELMO RODRIGUES LIMA D.pdf: 3728947 bytes, checksum: d4f0e5497c077a0005967eacce6eee3c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-05T18:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZELMO RODRIGUES LIMA D.pdf: 3728947 bytes, checksum: d4f0e5497c077a0005967eacce6eee3c (MD5) Previous issue date: 2005-10 / A proposta deste trabalho é desenvolver um método modal com base na teoria dos pseudo-harmônicos para tratar problemas da cinética espacial. Os pseudo-harmônicos são as autofunções associadas ao operador da fuga + remoção em cada grupo de energia da equação de difusão multigrupo estacionária. O método modal desenvolvido aproxima o fluxo dependente do tempo em uma expansão em pseudo-harmônicos onde os coeficientes são dependentes do tempo. A dedução do sistema cujas soluções são os coeficientes da expansão modal é feita com auxílio de funções de peso. Para fins de comparação também é desenvolvido um método direto da cinética espacial. Este método trata a dependência espacial empregando o método de diferenças finitas de malha grossa (DFMG) acoplado com o método de expansão nodal (NEM). Na solução da parte dependente do tempo o método modal e o método direto utilizam a integração analítica da equação dos precursores e um esquema semi-implícito na equação de difusão. Os resultados obtidos mostraram que o método proposto tem uma boa acurácia.

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. 2007. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-01-28T12:51:43Z No. of bitstreams: 1 2015_VicenteGeraldoOliveiraJunior.pdf: 3174270 bytes, checksum: 5a8301287c4e5a62f8de300077f6ee95 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2016-03-23T12:06:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_VicenteGeraldoOliveiraJunior.pdf: 3174270 bytes, checksum: 5a8301287c4e5a62f8de300077f6ee95 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T12:06:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_VicenteGeraldoOliveiraJunior.pdf: 3174270 bytes, checksum: 5a8301287c4e5a62f8de300077f6ee95 (MD5) / Este trabalho trata sobre a formulação local de métodos sem malha aplicados a problemas da elasticidade plana. A base teórica para o desenvolvimento das formulações fundamenta-se em princípios energéticos variacionais largamente utilizados em teoria das estruturas. A equação dos resíduos ponderados é estabelecia para um subdomínio nodal compacto e arbitrário, podendo ser interpretada como uma forma local do conhecido teorema do trabalho. Este estabelece uma relação de energia entre um campo de tensões estaticamente admissível e um campo de deformações cinematicamente admissível de forma independente, fato que possibilita a criação de diferentes formulações sem a necessidade de malha. Nesta dissertação, os métodos sem malha locais são estabelecidos pela especificação de um campo de deslocamentos cinematicamente admissível. Para a primeira formulação apresentada, define-se um campo de deslocamentos admissíveis associado a um movimento de corpo rígido translacional arbitrário, consequentemente anulando o termo do trabalho interno. Assim, a primeira formulação é função apenas de integrais regulares no contorno do subdomínio nodal, que revela-se como um dos axiomas do princípio de Euler e Cauchy. Já para a segunda formulação apresentada, estabelece-se um campo de deslocamentos admissíveis definido em termos de funções generalizadas, especificamente funções seccionalmente contínuas, cujo objetivo é eliminar a integração do processo de construção da matriz de rigidez. O método dos mínimos quadrados móveis (MMQM) é utilizado para construir a aproximação do campo elástico, em ambas as formulações, a partir dos nós da discretização do domínio. Dois problemas clássicos da teoria da elasticidade são analisados de forma a aferir a acurácia e eficiência das formulações implementadas. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam ótima concordância com as soluções analíticas, atestando que a formulação cinemática local constitui uma base teórica confiável e robusta de métodos sem malha, no contexto da teoria das estruturas. / This dissertation is concerned with the formulation of local meshfree methods in elastostatics, for the solution of two-dimensional problems. The formulations are derived in the framework of the theory of structures, where the variational energetic principles have become the theoretical basis of numerical methods. Local meshfree methods are derived through a weighted residual formulation which leads to a local weak form that is the well known work theorem. In an arbitrary local region, the work theorem establishes an energy relationship between a statically-admissible stress field and an independent kinematically-admissible strain field. The independence of the two fields allows the generation of different meshless formulations. In this paper, two new formulations are derived in the set of kinematically-admissible strain fields. In the first formulation, the kinematically-admissible strain field is chosen as the one corresponding to an arbitrary rigid-body displacement; as a consequence, the domain term is canceled out, in the local form of the work theorem, leaving only regular boundary terms. On the other hand, the second formulation defines the kinematically-admissible strain field as a generalized function, generated by a piecewise continuous displacement field which leads to an integration-free formulation. The moving least squares (MLS) approximation of the elastic field is used in this paper to implement both local meshless formulations. Since local regions are independent from each other, the modeling strategy of local meshfree formulations has the possibility of using simultaneously different formulations, conveniently defined, in the same problem. Two problems were analyzed with these techniques, in order to assess the accuracy and efficiency of the formulations. The results obtained in this work are in perfect agreement with those of the analytical solutions. The accuracy and efficiency of the implementations described herein make this a reliable and robust formulation of local meshfree methods, in the framework of the theory of structures.

Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

Meshless methods provide a highly continuous approximation field, convenient for thin structures like shells. Nevertheless, the lack of Kronecker Delta property makes the formulation of essential boundary conditions not straightforward, as the trial and test fields cannot be tailored to boundary values. Similar problem arise when different approximation regions must be joined, in a multi-region problem, such as kinks, folds or joints. This work presents three approaches to impose both kinematic conditions: the well known Lagrange Multiplier method, used since the beginning of the Element Free Galerkin method; a pure penalty approach; and the recently rediscovered alternative of Nitsche\'s Method. We use the EFG discretization technique for thick Reissner-Mindlin shells and adapt the weak form as to separate displacement and rotational degrees of freedom and obtain suitable and separate stabilization parameters. This approach enables the modeling of discontinuous shells and local refinement on multi-region problems. / Métodos sem malha geram campos de aproximação com alta continuidade, convenientes para estruturas finas como cascas. No entanto, a ausência da propriedade de Delta de Kronecker dificulta a formulação de condições essenciais de contorno, já que os campos de aproximação e teste não podem ser moldados aos valores de contorno. Um problema similar aparece quando diferentes regiões de aproximação precisam ser juntadas em um problema multi-regiões como dobras, vincos ou junções. Este trabalho apresenta três métodos de imposição ambas condições cinemáticas: o já conhecido método dos multiplicadores de Lagrange, usado desde o começo do método de Galekin sem elementos (EFG); uma abordagem de penalidade pura; e o recentemente redescoberto método de Nitsche. Nós usamos a técnica de discretização com EFG para cascas espessas de Reissner-Mindlin e adaptamos a forma fraca de forma a separar graus de liberdade de deslocamento e rotação e obter coeficientes de estabilização diferentes e apropriados. Essa abordagem permite a modelagem de cascas discontínuas e o refinamento local em problemas multi-regiões.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEduardoCoppoliFinal30ago2011.pdf: 3181243 bytes, checksum: 92f18a357bb128aeb133a3854958d1e9 (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

O Método dos Elementos Finitos Generalizados, MEFG, compartilha importantes características dos métodos sem malha. As funções de aproximação do MEFG, atreladas aos pontos nodais, são enriquecidas de modo análogo ao refinamento p realizado no Método das Nuvens hp. Por outro lado, por empregar uma malha de elementos para construir as funções partição da unidade, ele também pode ser entendido como uma forma não convencional do Método dos Elementos Finitos. Neste trabalho, ambas as interpretações são consideradas. Os métodos sem malha, particularmente o Método de Galerkin Livre de Elementos e o Método das Nuvens hp, são introduzidos com o propósito de estabelecer os conceitos fundamentais para a descrição do MEFG. Na seqüência, apresentam-se aplicações numéricas em análise linear e evidenciam-se características que tornam o MEFG interessante para a simulação da propagação de descontinuidades. Após discutir os modelos de dano adotados para representar o comportamento não-linear do material, são introduzidos exemplos de aplicação, inicialmente do Método das Nuvens hp e depois do MEFG, na análise de estruturas de concreto. Os resultados obtidos servem de argumento para a implementação de um procedimento p-adaptativo, particularmente com o MEFG. Propõe-se, então a adaptação do Método dos Resíduos em Elementos Equilibrados à formulação do MEFG. Com vistas ao seu emprego em problemas não-lineares, algumas modificações são introduzidas à formulação do estimador. Mostra-se que a medida obtida para representar o erro, apesar de fundamentada em diversas hipóteses nem sempre possíveis de serem satisfeitas, ainda assim viabiliza a análise não-linear p-adaptativa. Ao final, são enumeradas propostas para a aplicação do MEFG em problemas caracterizados pela propagação de defeitos / The Generalized Finite Element Method, GFEM, shares several features with the so called meshless methods. The approximation functions used in the GFEM are associated with nodal points like in meshless methods. In addition, the enrichment of the approximation spaces can be done in the same fashion as in the meshless hp-Cloud method. On the other hand, the partition of unity used in the GFEM is provided by Lagrangian finite element shape functions. Therefore, this method can also be understood as a variation of the Finite Element Method. Indeed, both interpretations of the GFEM are valid and give unique insights into the method. The meshless character of the GFEM justified the investigation of meshless methods in this work. Among them, the Element Free Galerkin Method and the hp-Cloud Method are described aiming to introduce key concepts of the GFEM formulation. Following that, several linear problems are solved using these three methods. Such linear analysis demonstrates several features of the GFEM and its suitability to simulate propagating discontinuities. Next, damage models employed to model the nonlinear behavior of concrete structures are discussed and numerical analysis using the hp-Cloud Method and the GFEM are presented. The results motivate the implementation of a p-adaptive procedure tailored to the GFEM. The technique adopted is the Equilibrated Element Residual Method. The estimator is modified to take into account nonlinear peculiarities of the problems considered. The hypotheses assumed in the definition of the error measure are sometimes violated. Nonetheless, it is shown that the proposed error indicator is effective for the class of p-adaptive nonlinear analysis investigated. Finally, several suggestions are enumerated considering future applications of the GFEM, specially for the simulation of damage and crack propagation

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012