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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78800
Tipo: | Dissertação |
Título: | Análise não linear de cascas utilizando uma abordagem isogeométrica |
Autor(es): | Sousa, Matheus Pascoal Martins de |
Orientador: | Parente Junior, Evandro |
Coorientador: | Barroso, Elias Saraiva |
Palavras-chave em português: | Cascas (Engenharia);Análise Isogeométrica;NURBS;Sólido degenerado;Análise não linear de estruturas |
Palavras-chave em inglês: | Shells (Engineering);Isogeometric Analysis;NURBS;Degenerated solid;Nonlinear analysis of structures |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Data do documento: | 2024 |
Citação: | SOUSA, Matheus Pascoal Martins de. Análise não linear de cascas utilizando uma abordagem isogeométrica. 2024. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil - Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumo: | Cascas estão presentes em diversos ramos da engenharia, sendo amplamente utilizadas em estruturas civis, aeronáuticas, mecânicas, automotivas e navais. No entanto, estas estruturas são sensíveis ao colapso desencadeado pela perda de estabilidade devido à sua elevada esbeltez característica e, por isso, uma investigação criteriosa é extremamente importante para garantir um projeto seguro. Assim, se fazem necessárias análises não lineares, nas quais a consideração de grandes deslocamentos e rotações é fundamental. A utilização da análise isogeométrica vem crescendo, devido à sua capacidade de representar exatamente a geometria da estrutura independentemente do grau de discretização e facilitar o refinamento do modelo. Este trabalho apresenta uma formulação isogeométrica baseada em NURBS para análise geométrica não linear de cascas baseadas na teoria de Reissner-Mindlin e na abordagem do sólido degenerado. Os efeitos geometricamente não lineares são incorporados usando a abordagem Lagrangiana Total, permitindo a análise de cascas com grandes deslocamentos e rotações. As implementações foram realizadas no software livre FAST (Finite element AnalySis Tool), escrito em linguagem C++ utilizando Programação Orientada a Objetos. Os vetores diretores iniciais nos pontos de controle são obtidos resolvendo um sistema de equações definido nos pontos de Greville. Diversas estratégias de atualização dos vetores diretores e três diferentes esquemas de integração numérica, utilizados para aliviar o problema do travamento, são comparados. A precisão da formulação proposta é avaliada através de análises lineares e não lineares de benchmarks de análise de cascas. As respostas obtidas foram comparadas com as disponíveis na literatura e, em todos os testes, a formulação apresentou bons resultados. Nos testes lineares, a eficiência do esquema de integração utilizado para aliviar, se não eliminar, o travamento foi demonstrada através de estudos de convergência. Nos testes não lineares, grandes deslocamentos e rotações foram descritas com precisão utilizando um simples e eficiente esquema para atualização do vetor diretor capaz de remover a restrição de pequenas rotações nodais entre dois incrementos de carga sucessivos e garantir convergência quadrática de iterações de equilíbrio. A integração reduzida uniforme aliviou ligeiramente o travamento e a não uniforme reduziu significativamente o travamento em alguns exemplos, mas a precisão dos resultados foi afetada em alguns casos. |
Abstract: | Shells are present in different branches of engineering, being widely used in civil, aeronautical, mechanical, automotive, and naval structures. However, these structures are sensitive to collapse triggered by the loss of stability due to their characteristic high slenderness and, therefore, a careful investigation is extremely important to guarantee a safe design. Thus, nonlinear analyses are necessary, in which the consideration of large displacements and rotations is fundamental. The use of isogeometric analysis has been growing, due to its ability to exactly represent the geometry of the structure regardless of the degree of discretization and to facilitate model refinement. This work presents an isogeometric formulation based on NURBS for nonlinear geometric analysis of shells based on the Reissner-Mindlin theory and the degenerate solid approach. Geometrically nonlinear effects are incorporated using the Total Lagrangian approach, allowing the analysis of shells with large displacements and rotations. The implementations were carried out in the open-source software FAST (Finite element AnalySis Tool), written in C++ language using Object Oriented Programming. The initial normal vectors at the control points are obtained by solving a defined system of equations at the Greville points. Several director vectors update strategies and three different numerical integration schemes, used to alleviate the locking problem, are compared. The accuracy of the proposed formulation is evaluated through linear and nonlinear analyses of shell analysis benchmarks. The responses obtained were compared with those available in the literature and, in all tests, the formulation showed good results. In linear tests, the efficiency of the integration scheme used to alleviate, if not eliminate, locking was demonstrated through convergence studies. In nonlinear tests, large displacements and rotations were accurately described using a simple and efficient scheme for updating the director vector capable of removing the restriction of small nodal rotations between two successive load increments and guaranteeing quadratic convergence of equilibrium iterations. The uniform reduced integration slightly alleviated the locking and the non-uniform significantly reduced the locking in some examples, but the accuracy of the results was affected in some cases. |
Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78800 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/1565076861479100 |
ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0003-0219-1376 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/1774654203813780 |
ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0001-9172-559X |
Currículo Lattes do Coorientador: | http://lattes.cnpq.br/7655753373043565 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DECC - Dissertações defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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2024_dis_mpmsousa.pdf | Dissertação de Matheus Pascoal Martins de Sousa | 4,04 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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