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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/59340
Type: | Dissertação |
Title: | Análise isogeométrica de cascas cilíndricas de material com gradação funcional |
Authors: | Auad, Samir Parente |
Advisor: | Parente Junior, Evandro |
Co-advisor: | Sousa Júnior, João Batista Marques de |
Keywords: | Análise isogeométrica;Cascas cilíndricas;Teoria de Donnell;Materiais compósitos;Material com gradação funcional |
Issue Date: | 2019 |
Citation: | AUAD, Samir Parente. Análise isogeométrica de cascas cilíndricas de material com gradação funcional. 2019. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil, Fortaleza, 2019. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | Cascas são estruturas de grande interesse nas engenharias, pois possuem vastos campos de aplicação, os quais podemos citar aplicações civis, aeronáuticas, mecânicas, automobilísticas e navais. Associados aos materiais compósitos, essas estruturas adquirem propriedades melhoradas, como maior rigidez e resistência específica. Dentre os materiais compósitos, merecem destaque os materiais laminados reforçados por fibras e os materiais com gradação funcional. Sob o ponto de vista da engenharia, é fundamental determinar o comportamento das estruturas, como as cascas de materiais compósitos, de forma a projetá-las e utilizá-las de forma econômica e segura. Com esse objetivo, diversas teorias foram propostas, sendo as teorias de cascas cilíndricas consideradas bons modelos de partida para formulações mais complexas. Dentre elas, por sua eficiência e simplicidade, se destaca a teoria não linear de Donnell, sendo objeto de vários estudos. O método escolhido para realizar o estudo foi a análise isogeométrica, uma vez que é um campo recente e aberto a muitas possibilidades, apresentando vantagens como representação exata da geometria do problema e facilidade no refinamento, em especial quando comparado ao MEF. O presente trabalho se propõe a contribuir com o avanço da análise de cascas cilíndricas de MGF sujeitas a carregamentos mecânicos utilizando uma abordagem isogeométrica. Para isso, foi inicialmente desenvolvida uma formulação de elemento finito isoparamétrico baseado na teoria não linear de Donnell adaptada, adicionando-se termos de cisalhamento transversal, implementado no programa FAST. Posteriormente, essa formulação foi estendida para um elemento isogeométrico. As propriedades efetivas dos materiais foram determinadas através de uma rotina externa ao FAST, sendo lida posteriormente como input ao programa. Exemplos da literatura e comparações com software comercial foram realizadas com o intuito de validar a implementação, utilizando refinamentos e diversos esquemas de integração. Em todos os testes o elemento apresentou excelentes resultados, validando a implementação da formulação e da rotina externa para a determinação das propriedades efetivas. Foi proposta uma análise do caminho pós-crítico de painéis cilíndricos MGF sujeitos a carga transversal e a compressão uniaxial. Foram determinados pontos importantes no caminho de equilíbrio. Os resultados confirmam o previsto na literatura, onde a resposta da estrutura MGF se encontra intermediária a respostas de seus constituintes isolados. |
Abstract: | Shells are structures of great interest in engineering and present a wide range of applications, among which we can mention civil, aeronautical, mechanical, automotive and naval applications. Associated with composite materials, these structures offer improved properties, such as increased stiffness and specific strength. Among the composite materials, fiber-reinforced laminated materials and functionally graded materials deserve particular attention. From the engineering point of view, it is essential to determine the behaviour of structures, such as the composite shells, in order to provide safe and economical design. For this purpose, several theories have been proposed, being the theories of cylindrical shells considered good starting models for more complex formulations. Among them, due to its efficiency and simplicity, Donnell’s nonlinear theory stands out, being the object of several studies. The method chosen to carry out the study was the isogeometric analysis, since this is a recent and open field to many possibilities with great advantages such as the exact representation of the geometry of the problem and the easy refinement, especially when compared to the MEF. The present work aims to contribute to the advancement of the analysis of FGMs cylindrical shells subjected to mechanical loading using an isogeometric approach. To that end, an isoparametric finite element formulation based on Donnell’s nonlinear theory was adapted by adding transversal shear terms and implemented in a program named FAST. Thereafter, this formulation was extended to an isogeometric element. The effective properties of the materials were evaluated using an external routine to FAST and later read as input to the program. To validate the implementation, numerical examples found in the literature and results obtained by commercial software were compared to the ones found here use of refinements and different integration schemes. In all tests, the element presented excellent results, validating the implementation of the proposed formulation and the external routine for the effective properties determination. An analysis of the FGMs cylindrical panels subjected to transverse load and uniaxial compression was proposed. The postbuckling response was studied. The results confirm the behaviour predicted in the literature, where the response of the FGM structure is between the responses of its isolated constituents. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59340 |
Appears in Collections: | DECC - Dissertações defendidas na UFC |
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