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Previous issue date: 2016-09-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As treliças espaciais são estruturas compostas de barras usualmente metálicas (aço ou
alumínio) que são utilizadas para diversas finalidades, mas principalmente para sustentar a
cobertura de grandes vãos presentes em galpões e pavilhões. O presente trabalho tem como
objetivo a modelagem computacional do comportamento termo-elastoplástico de treliças
espaciais em regime de grandes deslocamentos e deformações, utilizando o modelo da
equação de transferência de calor e um modelo constitutivo elastoplástico modificado para
incluir a influência térmica. Simulações computacionais do modelo resultante podem ser
usadas para o desenvolvimento de projetos de estruturas submetidas a grandes variações
de temperatura, como as que ocorrem em um incêndio. O método dos elementos finitos
(MEF) foi utilizado para determinar o campo de temperaturas na seção transversal das
barras, enquanto que para encontrar os deslocamentos e as deformações nas barras em
função da variação térmica e do carregamento foi utilizado o método da rigidez direta.
Para resolver as equações de equilíbrio não-lineares resultantes do modelo constitutivo
termomecânico foi utilizado o método de Newton-Raphson. O código desenvolvido foi
inicialmente validado através de simulações computacionais em estruturas simples onde
variações de temperatura alteram o módulo de elasticidade, o módulo plástico e a tensão
de escoamento do material e podem causar a plastificação e até a ruptura das barras.
Posteriormente são apresentados e discutidos os resultados obtidos a partir de treliças mais
complexas, com geometria similar às usualmente utilizadas em aplicações de engenharia,
submetido a uma situação simplificada de incêndio-padrão. A alta temperatura causa a
diminuição da resistência e da rigidez das barras e informações importantes como o tempo
de incêndio suportado pela estrutura e o número de barras plastificadas são extraídas das
simulações e podem servir como uma medida de segurança para evitar danos maiores em
locais com grandes aglomerados de pessoas. / Space trusses are structures usually composed of metalic rods (steel or aluminum) that
are used for several purposes, but mainly to sustain the roof of large spans present in
sheds and pavilions. The present work has the aim of computationally model the coupled
thermo-elastoplastic behavior of space trusses under large displacements and large strains,
using the heat transfer equation model and an elastoplastic constitutive model modified
to include the thermal influence. Computer simulations of the resulting mathematical
model can be used for the development of structural projects under large variations of
temperature, as occurs in fire situations. The finite element method (FEM) was used
to determine the temperature field in transversal section of rods. In order to find the
displacements and strains due to thermal variation and loadings, it was used the direct
stiffness method. The Newton-Raphson method was used to solve the resulting non-linear
equilibrium equations of the thermomecanic constitutive model. The developed code was
initially validated through computational simulations of simple structures where thermal
variations affect the Young modulus, the plastic modulus and the yield stress of the
material. The results of more complex trusses, with a geometry similar to the ones
usually adopted in engineering applications, under a simplified standard fire situation
are also presented. The high temperature causes a decrease in the rods' resistance and
stiffness and important informations such as the fire time supported by the structure and
the number of plastified rods are achieved from the simulations and can be used as a
security measure to avoid greater damage in places with large crowds of people.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/3598 |
| Date | 02 September 2016 |
| Creators | Alves, Denis Pires Rodrigues |
| Contributors | Barra, Luis Paulo da Silva, Rocha, Bernardo Martins, Bastos, Flávia de Souza, Ribeiro, José Carlos Lopes, Pitangueira, Roque Luiz da Silva |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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