Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AAJDXJ| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Formulação posicional não linear do método dos elementos finitos para descrição do comportamento mecânico viscoelástico de fluência em vigas e estruturas de pórtico |
| Authors: | Juliano dos Santos Becho |
| First Advisor: | Felicio Bruzzi Barros |
| First Co-advisor: | Marcelo Greco |
| First Referee: | Marcelo Greco |
| Second Referee: | Carlos Alberto Cimini Junior |
| Third Referee: | Pablo Andrés Muñoz-Rojas |
| Abstract: | O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma formulação numérica não linear para descrição do comportamento mecânico viscoelástico de estruturas de pórtico e vigas submetidas a estado de tensão constante (fenômeno conhecido como fluência) e discretizadas em elementos finitos de pórtico plano. O desenvolvimento é baseado na formulação posicional não linear do Método dos Elementos Finitos considerando a teoria clássica de vigas de Bernoulli-Euler. Essa abordagem é fundamentada em conceitos variacionais do princípio da energia potencial total estacionária. Desenvolvida para analisar problemas com não linearidades físicas e geométricas, a formulação adotada considera as posições nodais, ao invés dos deslocamentos nodais, em relação a um sistema de referência fixo no espaço para descrever a cinemática dos elementos finitos. A não linearidade geométrica considerada refere-se à análise do equilíbrio da estrutura na posição deformada utilizando-se o método de Newton-Raphson. Já a não linearidade física considerada refere-se à descrição do comportamento viscoelástico através da adoção de uma relação reológica deduzida do modelo padrão de sólido com parâmetros do material dependentes da tensão. A formulação é implementada computacionalmente e, na sequência, exemplos qualitativos e análises da influência dos parâmetros do material e dos parâmetros numéricos são apresentados a fim de verificar a coerência e o comportamento da implementação. Além disso, são apresentados três exemplos de calibração com base em ajustes dos parâmetros do modelo padrão de sólido em relação aos níveis de tensão utilizando-se o método dos mínimos quadrados. Dois desses exemplos são baseados em resultados experimentais de ensaios de fluência à tração e um em resultados experimentais de ensaios de fluência à flexão. Para tanto, é adotada uma abordagem de parametrização da altura que proporciona uma idealização do componente estrutural análoga a um feixe de barras. Essa abordagem possibilita a consideração do comportamento de fluência não só em relação à contribuição desta na linha centroidal, mas em relação à contribuição da fluência em cada faixa ao longo da altura. A formulação calibrada é então utilizada para analisar numericamente o comportamento viscoelástico não linear de corpos de prova e estruturas e comparar com os respectivos resultados experimentais obtidos da literatura. Esse procedimento é realizado com intuito de comprovar a capacidade de ajuste e de representação quantitativa do comportamento de fluência, com base na abordagem proposta. |
| Abstract: | The present work aims to develop a nonlinear numerical formulation used to describe the viscoelastic mechanical behavior of framed structures and beams under a constant stress state (known as creep phenomenon) and discretized by plane framed finite elements. The development is based on the nonlinear positional formulation of the Finite Element Method and takes into consideration the beam kinematics of Bernoulli-Euler. This approach is based on variational concepts as the principle of stationary total potential energy, developed to analyze physical and geometrical nonlinearities. It considers the nodal positions of a structure, rather than nodal displacements, regarding a system of reference fixed in the space in order to describe the kinematics of the finite elements. The geometrical nonlinearity involved considers the structural equilibrium at the deformed position obtained by the Newton-Raphson method. The adopted physical nonlinearity refers to the description of viscoelastic behavior through the adoption of a rheological relation derived from the standard solid model, with stress dependent material parameters. The proposed formulation is computational implemented. Qualitative examples and analyses of the influence of material parameters and numerical parameters are presented to verify the consistency and the behavior of such implementation. Moreover, through the least squares method, three examples of calibration are presented based on the adjustment of the parameters of the standard solid model in relation to the stress levels. Two of these examples are based on experimental results of creep tests of traction and the other one is based on experimental results of creep tests of bending. To achieve such results an approach of height parametrization that provides an idealization of the structural component as bundled bars is adopted. This approach enables the consideration of the creep behavior not only in relation to its contribution on the central line, but also in relation to the contribution of creep on each part along the height. Then, the calibrated formulation is used to analyze tests and real structures from the literature. The obtained numerical results are compared to the experimental results to confirm the fitting capacity and the quantitative representation of the creep behavior based on the proposed approach. |
| Subject: | Engenharia de estruturas Viscoelasticidade Método dos elementos finitos |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AAJDXJ |
| Issue Date: | 17-Feb-2016 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.