[pt] O campo de estudo com estruturas origami tem crescido nos últimos anos
como soluções inovadoras para problemas em ciência e engenharia. As primeiras
aplicações aproveitaram a ideia de que um sistema estrutural pode ser dobrado de
forma compacta e subsequentemente estendido, ou que a automontagem pode ser
usada para construir uma estrutura tridimensional inspirada em uma folha fina. O
presente trabalho apresenta comparações entre o modelo de barra e dobradiça com
os modelos mais simples possíveis de elementos finitos híbridos de placa e casca
para a representação de painéis de estruturas origami. O modelo de barra e
dobradiça traz uma abordagem baseada na modelagem do estado parcialmente
dobrado de painéis com uma estrutura de treliça articulada, onde as dobras são as
barras, e os vértices as articulações. Os modelos de casca e placa utilizam a
formulação híbrida dos elementos finitos, que tem como base o potencial de
Hellinger-Reissner, que permite a aproximação dos campos de tensões satisfazendo
a equação de equilíbrio do problema de elasticidade, e campos de deslocamento que
atendem a compatibilidade no contorno. Exemplos numéricos mostram o
comportamento mecânico dessas estruturas e a energia para realização das dobras
através de autovalores dos respectivos automodos. É feita também uma avaliação
dinâmica dos modelos para montagens estruturais com uma, duas e quatro células. / [en] Research works involving structural origami have grown in recent years,
especially applied to science and engineering problems. Early applications took
advantage of the idea that a system can be folded compactly and subsequently
deployed, and that self-assembly can be used to construct a three dimensional
structure by starting from a thin sheet. The present work compares bar and hinge
models with the simplest hybrid finite element models for plate and shell in order
to represent origami structure panels. The hybrid finite element formulation is based
on the Hellinger-Reissner potential for an approximation of the stress field, thus
satisfying the equilibrium equation of the elasticity problem in the domain. The bar
and hinge model approach, as given in the literature, is based on folded patterns as
pin-jointed truss frameworks. Each vertex in the folded sheet is represented by a
pin-joint, and every fold line by a bar element. Numerical examples show the
mechanical behavior of these structures and the folding energy using eigenvalues
of the respective eigenmodes. Dynamic analysis of the models is also carried out
for structure assemblages with one, two and four cells.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:63015 |
| Date | 26 June 2023 |
| Creators | DANIEL SANTOS DE CARVALHO |
| Contributors | NEY AUGUSTO DUMONT |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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