Dissertação (mestrado) - universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T20:53:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:36:47Z : No. of bitstreams: 1 180396.pdf: 2208238 bytes, checksum: a70478893fbc963f9cc239ca1f8434cf (MD5)

Orientador: Ilmar Ferreira Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:00:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Padovese_GustavoCampos_M.pdf: 12015390 bytes, checksum: 548ce90afc3348517b69a2b051a0acc9 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A modelagem e compreensão do comportamento da rigidez e amortecimento de estruturas submetidas a um escoamento, é ainda um problema complexo que envolve a interação de dois campos das ciências mecânicas. A teoria clássica da elasticidade lida com deformações de corpos flexíveis sob carregamentos externos pré-definidos. Geralmente, a carga externa agindo sobre o corpo é independente da deformação do mesmo. Entretanto, a situação é diferente quando se considera os efeitos do escoamento. As cargas aerodinâmicas dependem da atitude do corpo em relação ao escoamento. Até mesmo a deformação elástica tem uma importante influência na determinação da carga externa. Com os recentes avanços da Mecânica dos Fluidos Computacional (CFD), através do FLOTRAN, um programa computacional comercial, pode-se calcular o campo de pressão em torno de uma placa plana flexível, resolvendo as equações de Navier-Stokes em três dimensões. Este programa é integrado com um programa feito em MATLAB, que resolve as equações estruturais de uma placa, utilizando o Método dos Elementos Finitos. Estes dois programas interagem até que uma posição de equilíbrio seja obtida. Em torno desta posição de equilíbrio os coeficientes de rigidez e amortecimento devido ao escoamento são obtidos teoricamente, através de pequenas perturbações impostas. Uma bancada de testes foi construída para simular a placa flexível, obtendo-se a sua função de resposta em freqüência. Testes são conduzidos, inicialmente sem a influência do escoamento, em seguida, com a influência deste, acoplando a bancada de testes a um túnel de vento. Com este trabalho, uma melhor compreensão sobre o comportamento dinâmico de estruturadas submetidas a um escoamento incompressível é obtida, e rigidez e amortecimento provenientes do escoamento são quantificados teoricamente. Depois de obter uma melhor compreensão dos aspectos numéricos envolvidos, utilizando uma placa simples, o modelo do escoamento pode ser modificado e acoplado a um modelo estrutural mais sofisticado / Abstract: The understanding and modelling of the stiffness and the damping behavior of structures when subjected to a flow field, is still a very complex problem, dealing with the interaction of two major fields of mechanical sciences. The classical theory of elasticity deals with strains of flexible bodies under predefined external loads. Generally, the external load acting on the body is independent on the deformation of the body itself. However, the situation is different when one considers the fluid flow effects. The aerodynamic loads depend on the relative attitude of the body to the flow. Even the elastic deformation has an important role on the determination of external load. With the recent developments on the Computational Fluid Dynamics (CFD), through FLOTRAN, a commercial fluid flow solver, one can calculate the pressure field around a flexible fiat plate, solving the three-dimensional Navier-Stokes equations. This solver is integrated with a program made using MATLAB, which solves the structural plate equations, using the Finite Element Method. These two programs interact until an equilibrium position is attained and then the equivalent fluid flow coefficients are obtained theoretically, through given small perturbations, around the equilibrium position. An experimental test rig was built, in order to simulate the flexible fiat plate, obtaining its frequency response function. Tests are conducted, firstly with no fluid flow around the plate, and secondly, with the influence of a fluid flow, coupling the test rig with a wind tunnel. With this work, a better understanding concerning the stiffness and the damping behavior of structures is obtained when subjected to a flow field. After getting a better understanding of numerical issues involved in the fluid-structure dynamical interactions, while using a simple plate, the fluid model can be coupled to a more sophisticated structural model / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-18Bitstream added on 2014-06-13T18:45:50Z : No. of bitstreams: 1 taguti_y_dr_guara.pdf: 1171826 bytes, checksum: bf1a0b571d527bab4f25b4ab8cec26fd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / No projeto estrutural de qualquer obra de engenharia busca-se o menor custo, a alta resistência e confiabilidade. Portanto, com o avanço da técnica e do desenvolvimento dos materiais empregados, são projetadas estruturas cada vez mais esbeltas, que conduzem à necessidade de conhecimentos nas áreas de instabilidade, dinâmica e reologia. Neste trabalho são realizados estudos de problemas de segunda ordem em placas elásticas delgadas através do Método dos Elementos de Contorno (MEC), considerando-se para a montagem do sistema de equações algébricas apenas a equação integral do deslocamento transversal da placa e as variáveis de canto como incógnitas. Apresenta-se uma nova Metodologia para tratar dos efeitos de segunda ordem de placas pelo MEC. Primeiramente é feito um estudo da teoria de primeira ordem em placas e também em chapas, pois estes estão relacionados com o estudo de segunda ordem. Este trabalho trata do problema desde o início mostrando as diferenças entre a teoria de primeira ordem e a de segunda ordem, após explicitar as hipóteses e as deduções das equações que conduzem a uma teoria de segunda ordem simplificada, da qual uma das aplicações é a equação da flambagem de Von Kármán. Outra contribuição deste trabalho foi dar um tratamento novo para as integrais de domínio, cujo integrando é função da curvatura “w,ij” que passou a ser função apenas do deslocamento transversal “w”, permitindo assim escrever na formulação do problema pelo MEC apenas equações integrais de “w”, tanto no contorno quanto no domínio / In structural design of any engineering project seeks to lower cost, high strength and reliability. Therefore, with the advance of technique and strength of materials used, more slender structures are designed, which lead to the need for knowledge in the areas of instability, dynamics and rheology. This work studies the problems of second order and buckling in thin elastic plates through the Boundary Element Method (BEM), considering, for mounting the system of algebraic equations, only the integral equation of the transverse displacement of the plates and unknown corner variables. It presents a new methodology to adress the effects of second order plates by the BEM. First it is studied the theory of first order in bending plates, and also in plane stress, as they are related to the study of second order. This paper addresses the problem from the beginning showing the differences between the theory of first and second order, after explaining the hypotheses and deductions of equations that lead to a simplified theory of second order, which is one of the applications of the equation Von Kármán buckling. Another contribution of this paper was to give a new treatment for the domain integrals, whose integrand is function of curvature “w,ij” which is now a function only of transversal displacement, “w”, enabling to write in the problem’s formulation by BEM, only the integral equations of “w”, both in boundary and in the domain

Orientador: Loir Afonso Moreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T18:54:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abrahao_RobertoFunes_D.pdf: 11451019 bytes, checksum: e4a79875b33bef1b8688b946ed7d1455 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Desenvolve-se, neste trabalho, um conjunto de elementos finitos quadrilaterais subparamétricos para análise de placas finas e de placas moderadamente grossas, formulados a partir do conceito de sólido degenerado e baseados na teoria de Mindlin - Reissner. A interpolação da geometria dos elementos é feita utilizando-se o elemento quadrilateral quadrático de oito nós da família Serendipity. Já o campo de deslocamento é interpolado a partir de um elemento quadrilateral de quatro nós através de polinômios associados aos nós e ao interior do elemento. São empregados seis esquemas diferentes de interpolação, produzindo seis formulações subparamétricas distintas, pelo uso de polinômios de primeiro, terceiro e quarto graus. Os graus de liberdade, para cada formulação, resumem-se a cinco graus de liberdade físicos por nó e a três graus de liberdade não físicos para cada polinômio associado ao interior do elemento. As matrizes de rigidez e vetores de carga são obtidos através de integração numérica reduzida, empregando-se (2x2) pontos de integração no plano médio das placas. As formulações são implementadas em um programa computacional desenvolvido em linguagem C e os resultados, para diversas geometrias e condições de contorno, são comparados com o desempenho de elementos clássicos e de elementos de programas computacionais de caráter comercial. Conclui-se que as formulações desenvolvidas neste trabalho são atrativas em função de sua simplicidade e do esforço computacional reduzido que demandam. Elege-se a formulação composta por polinômios lineares associados aos nós e por polinômios de quarto grau associados ao interior do elemento como a de melhor desempenho geral / Abstract: A set of quadrilateral subparametrics finite elements for thin and moderately thick plate analysis were developed using the concept of degenerated solids, based on the theory of Mindlin-Reissner. The elements geometry interpolation is done using the quadratic quadrilateral element with eight nodes from Serendipity family. The displacement field is interpolated from a four nodes quadrilateral element through polynomials associated to the nodes and to the interior of the elemento Six different interpolation schemes were used, resulting in six distinct subparametric formulations, using polynomials of first, third and fourth order. Each scheme generates five physical degrees of freedom per node and three nonphysical degrees of freedom associated to each internal polynomial. The stiffness matrix and load vectors are obtained through reduced numerical integration, using (2x2) points of integration in the middle plane of the plate. Computer programs for the formulations were developed using C language. The results for several geometries and boundary conditions were compared to the performance of classical elements and those used by commercial software. The conc1usion is that the formulation developed in this work is attractive due to its simplicity and computational efficiency. Nodal linear polynomials associated with internal fourth degree polynomial had the best performance / Doutorado / Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Francisco Antonio Menezes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-28T22:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paccola_RodrigoRibeiro_M.pdf: 3693679 bytes, checksum: 6530530993599da0ea92ede323fd8ab4 (MD5) Previous issue date: 2001 / Mestrado

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-09-11T20:54:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LimaJunior_JoseJulianode_D.pdf: 11744073 bytes, checksum: 68bfb9d1ab48e45e1012f62b426533bd (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Apresenta-se uma metodologia para a modelagem analítica e numérica de estruturas, com elementos piezelétricos incorporados. Obtêm-se modelos analíticos de placa de Kirchhoff e Mindlin-Reissner e de viga de Euler-Bemoulli e Timoshenko, a partir das equações de movimento de casca, com a aplicação dos Postulados de Love e da escolha apropriada dos raios de curvaturas e dos Parâmetros de Lamé. Em seguida, são consideradas, nos modelos, as influências do elemento piezelétrico. O princípio variacional, aplicado em meios piezelétricos, é obtido com o auxílio da energia potencial mecânica da estrutura e elétrica do material piezelétrico. Com base nesse princípio, vários modelos numéricos são desenvolvidos, usando o método dos elementos finitos, tais como o modelo que usa o elemento sólido 3D, modelos de placa de Kirchhoff e Mindlin-Reissner e de viga de Euler-Bemoulli e Timoshenko. Desenvolve-se um programa computacional para a realização da análise estática e dinâmica de estruturas, com elementos piezelétricos incorporados. Simulações numéricas e experimentais são efetuadas e os resultados gerados são comparados entre si e com os dados disponíveis em algumas das referências bibliográficas citadas / Abstract: An analytical and numerical approach for modelling intelligent structures with incorporated piezoelectric elements is presented. Analytical models of Kirchhoff and Mindlin-Reissner plates and of Euler-Bemoulli and Timoshenko beams are obtained from equations of motion of structures having shell characteristics with the application of the Love Postulates and judicious choices of the curvature radii and Lamé Parameters. Then, the effects of the piezoelectric element are taken into account in the models. The variational principIe for piezoelectric media is obtained by considering both the potential mechanical energy of the structures and the electrical energy of the piezoelectric material. Based in this principle, various numerical models are developed by applying the finite element method: such as the 3D solid element model, the Kirchhoff and Mindlin-Reissner plate models and the Euler-Bemoulli and Timoshenko beam models. A computer program is developed for the static and dynamical analyses of structures with incorporated piezoelectric elements. A range of numerical simulations and experimental tests are carried out and the results are compared to each other and to available data found in the literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 98094.pdf: 3771901 bytes, checksum: f5381c3413d44bf0f67064f276b7c0ac (MD5) Previous issue date: 1994 / Análise da aplicação do Método da Função de Green Local Modificado - MLGFM para problemas de flexão de placas de Mindlin e desenvolvimento da formulação do mesmo método para problemas de vibração livre destas placas. O MLGFM é apresentado como uma particularização do Método dos Resíduos Ponderados e uma extensão do Método dos Elementos de Contorno de Galerkin. Apontam-se algumas dificuldades na imposição das condições de contorno em pontos de descontinuidade do vetor normal à superfície. Verifica-se a existência do fenômeno do locking na modelagem de placas finas com a teoria de Mindlin. Constata-se que o MLGFM fornece a mesma qualidade de resultados que o Método dos Elementos Finitos para deslocamentos, enquanto que a determinação de esforços - vetor tração - converge mais rapidamente com o MLGFM. O comportamento de convergência para deslocamentos e esforços é explicado por uma abordagem alternativa na formulação do método. Esta abordagem evidencia que o erro da solução aproximada é minimizado apenas no interior de cada célula de Green, e não no seu contorno. No referente a problemas de vibração livre, são empregados vários esquemas de diagonalização de matriz massa. Nesta parte é empregada a função de Green correspondente à parte estática do operador diferencial envolvido. Comparam-se os resultados com os fornecidos com o Método dos Elementos Finitos e com alguns da bibliografia afim.

Orientador: Francisco Antonio Menezes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-23T12:06:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SlhessarenkoFilho_Leonardo_M.pdf: 3999127 bytes, checksum: 83e6ca3cb7bdc3be8824dad8b3913cb8 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Este trabalho trata da análise de edifícios através de uma técnica discreta, baseada no método dos elementos finitos via processo dos deslocamentos, onde a estrutura é idealizada como uma associação tridimensional de vigas, lajes e pilares. Elaborou-se a partir de um ambiente computacional denominado PZ, sob o paradigma da orientação a objetos, uma série de rotinas, "classes" e "métodos" que permitem o cálculo de deformações e esforços na análise tridimensional de estruturas. O ambiente de computação científica PZ, escrito em linguagem de programação C++, é uma ferramenta computacional de múltiplos propósitos, preparado para a simulação, via método dos elementos finitos, de problemas matemáticos e de engenharia onde o fenômeno a ser analisado pode ser representado através de um conjunto de equações diferenciais parciais. Nesse ambiente, usando o conceito de hierarquia de classes, todo o código pôde ser reutilizado. Assim, aproveitando a funcionalidade do código existente, para análise do tipo elasticidade tridimensional para relações tensão/deformação, desenvolveram-se as formulações variacionais que expressam as deformações em elementos de barra e placa e implementou-se estas em classes de materiais específicos para o cálculo de "vigas", "pilares" e de "placas", derivadas de uma classe abstrata existente no PZ, chamada TMaterial. O elemento de barra foi modelado levando em conta a Teoria de Timoshenko e o elemento de placa foi modelado incorporando a Teoria de Reissner-Mindlin, onde associou-se também à formulação o efeito de membrana. Dada a generalidade das formulações, tanto o elemento de barra quanto o elemento de placa podem assumir geometrias arbitrárias (parabólicas, cilíndricas). O elemento de barra foi concebido com seis graus de liberdade por nó para permitir o perfeito acoplamento com o elemento de placa, também implementado com seis variáveis independentes por nó: três translações e três rotações. Foi elaborado um pré-processador baseado na entrada de dados do programa Ansys. Para a visualização dos resultados foram implementado no ambiente PZ alguns "métodos" onde se introduziu o conceito de "elemento gráfico", através do qual se preparam arquivos de saída de resultados adequado tal que possam ser interpretados por programas de visualização gráfica. Através de implementações computacionais apresentam-se exemplos numéricos cujos resultados foram comparados com o software Ansys, versão 5.2, mostrando a validade das formulações esenvolvidas / Abstract: This thesis is concerned with the analysis of buildings using a discrete technique based on the finite element method, via process of displacement, where the structure is idealized as a three dimensional association of beams, slabs and columns. The slabs are discretized with plate finite elements of four nodes. The columns and beams are modelled by unidimensional finite elements submitted to flexure. Based on the paradigm of the orientation to objects and using the computational environrnent PZ, a series of routines were created: "classes" and "methods", which permitted the evaluation of deformations and strains in the three dimensional analysis of structures. The scientific computational environment PZ, written in the C++ programming language, is a multiple purpose computational tool prepared for the simulation, via the finite element method, of mathematical and engineering problems, where the phenomenon to be analysed can be represented by a system of partial differential equations. ln such environment, using the concept of class hierarchy, variational formulations that express the strains in bar and plate elements by the generation of classes derived from "materials" were implemented. The classes named TTimoshenko and TPlateReissner derived from an abstract class named TMaterial existing in the PZ environment were implemented. The bar and plate elements were modelled taking into account the Theory of Timoshenko and the Theory of Reissner-Mindlin, respectively, with the membrane effect taken into consideration in the formulation.membrane effect was also associated in the formulation. Considering the generality of the formulation, both the bar and plate elements can assume arbitrary geometric shapes.The bar element was conceived with six nodal degrees of freedom in order to allow the coupling with the plate element, which also has six nodal degrees of freedom: three translations and three rotations. A pre-processor based on input files created by the programme Ansys was prepared. To the visualization of the results some "methods" allow the the preparation of files containing the answers of the analysed structure that are suitable to be interpreted by softwares of graphic visualization. The examples presented to confirm the validation of the present computational implementation where always compared with the results obtained with similar simulations realized by the software Ansys / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador : Marco Lucio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T19:19:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_CarlosEduardoLeite_M.pdf: 5572640 bytes, checksum: 45c5cb6b60e51ad992bd747fb7f167fe (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo desenvolver a formulação variacional dos modelos de placa de Kirchhoff, incluindo o efeito de membrana, e de Reissner-Mindlin. Ambos os modelos são formulados utilizando-se a mesma metodologia. Primeiramente, definem-se as hipóteses cinemáticas dos modelos, considerando-se pequenos deslocamentos. Em seguida, deduzem-se os campos de deformação e de movimentos rígidos compatíveis com a cinemática. O conceito de trabalho interno é utilizado com o objetivo de encontrar os esforços internos compatíveis com a cinemática dos modelos. Em seguida, o Princípio dos Trabalhos Virtuais (PTV) é utilizado, a fim de caracterizar os esforços externos e os Problemas de Valor de Contorno (PVC) de equilíbrio. Conhecidos esses PVCs, a equação constitutiva de um material elástico, linear, isotrópico e homogêneo é utilizada para obter as relações entre os campos de tensão e de deformação dos modelos de placa, assim como os PVCs ou forma forte em termos da cinemática. As formas fracas das equações diferenciais dos modelos são então aproximadas pelo Método dos Elementos Finitos. Finalmente, considerações sobre os elementos de placa são apresentadas / Abstract: The present work aims to present the variational formulation of the Kirchhoff plate model with membrane effect and the Reissner-Mindlin plate model. Both models are formulated using the same methodology. First, it is defined the kinematic hypotheses of the models for small displacements. After that, the strain and rigid displacement fields compatible with the kinematic hypotheses are obtained. The internal work concept is used to find the internal forces compatible with the kinematic hypotheses of the models. The Virtual Work Principle is used to find the external forces and the equilibrium Boundary Value Problems (BVP). The constitutive equation of the elastic, linear, isotropic and homogeneous material is used to obtain the relations between the stress and strain fields. Based on that, BVPs in terms of the kinematics are obtained. The weak forms of the differential equation are approximated by Finite Element Method. Finally, comments about plate elements are presented. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Loir Afonso Moreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T20:15:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Baptistella_PedroHenrique_M.pdf: 4895786 bytes, checksum: 524a48114b7bde3e42723a076929150c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Em 1970, Ahmad et aI. apresentaram uma formulação, para a análise de placas e cascas, baseada na degeneração de um elemento sólido tridimensional, através da redução de sua dimensão na direção da espessura. O campo de deslocamento era, então, interpolado a partir das funções de forma da família Serendipity e, para a obtenção das características do elemento, utilizava-se integração numérica consistente. Os resultados obtidos por esse elemento foram excelentes para situações de placas e cascas moderadamente grossas, atendendo, portando, à teoria de Mindlin- Reissner ~ contudo, com a redução da espessura, o elemento tomava-se excessivamente rígido e os resultados não tendiam, como era de se esperar, àqueles da teoria clássica de Kirchho./f para placas e cascas finas. O objetivo deste trabalho é o estudo comparativo, na análise de estabilidade de placas e cascas, entre o desempenho, utilizando-se integração numérica consistente, do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático da família Serendipity e do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático da família Lagrangiana, obtidos, ambos, a partir da formulação de Ahmad. Pretende-se estabelecer, dentre os dois elementos, qual é o mais adequado para iniciar o desenvolvimento de um elemento finito subparamétrico do tipo hierárquico, baseado no conceito da aproximação p, visando retirar a característica de rigidez excessiva do elemento de Ahmad, para situações de placas e cascas finas / Abstract: In 1970, Ahmad et aI. presented a formulation for the analysis of plates and shells, based on the degeneration of a three-dimensional solid element, by reducing its dimention in the thickness direction. The displacement field was then interpolated through the shape function of Serendipity fami1y and, in order to achieve the element characteristics, consistent integration was used. The obtained results were excellent for moderately thick plates and shells aplications, being in concordance with the Mind/in-Reissner's theory; however, with the reduction of the thickness, the element became excessively rigid and the results did not tend to those ofthe Kirchhoff's theory for thin plates and shells. The purpose of this work is the comparative study inthestabilityanalysis of plates and shells concerning the performance, considering consistent numerical integration, of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Serendipity fami1y and of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Lagrangian fami1y, achieved, both, ftom the Ahmad' s formulation, one intends to estabilish, between both elements, which is the most adequa te to start the development of a subparametric hierarchical element, based on p aproximation concept, objectifying to remove the characteristic of excessive rigidy of the Ahmad' s elements for the situation of thin plates and shells / Mestrado / Mestre em Educação Física