Uma formulação consistente para análise não-linear de estruturas de cabos suspensos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Luis Eustaquio Moreira
Khosrow Glavami
Khosrow Glavami
Resumo
Com o objetivo de avaliar o comportamento não-linear das estruturas de cabos suspensos, é apresentada uma teoria geral para a análise pelo método dos elementos finitos. Essa formulação considera os comportamentos não-lineares físico (NLF) e geométrico (NLG) das estruturas. O desenvolvimento teórico é feito dentro de uma formulação Lagrangiana, que utiliza a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente do elemento de cabo. Aformulação apresentada é bastante geral, permitindo que os nós sofram grandes deslocamentos e os elementos sofram grandes alongamentos e, além disso, esses elementos podem ser constituídos de material elasto-plástico. Será feita a análise estática da estrutura através de carregamento incremental, monótono e estritamente crescente, proporcional ou não, até o colapso global da estrutura. A solução do problema exige um procedimento incremental-iterativo, do tipo Newton-Raphson, para se alcançar a convergência da solução. Dessa forma, foi desenvolvido um programa de computador consistente e de fácil utilização que permite a análise de cabos suspensos, levando-se em consideração os efeitos dos grandes deslocamentos envolvidos e o comportamento inelástico dos cabos. A implementação computacional do elemento é feita através da linguagem de programação PASCAL dentro das padronizações do DELPHI. Os exemplos apresentados são comparados com resultados teóricos ou de outros programas decomputador amplamente testados, demonstrando a consistência e precisão do programa desenvolvido.
Abstract
A general theory for the analysis of the non-linear behaviour of suspension cables structures by the finite element method is presented. The formulation takes into account the material and geometric nonlinearities. The theory is developed applying a Lagrangian formulation where the corotacional technique is used to obtain the tangent stiffness matrix of the space cable element. The formulation intends to be as general as possible, allowing for the nodes to undergo large displacements and the elements to undertake large strains. Besides, elasto-plastic material can be used. A static incremental analysis will be perfomed, applying an incremental, monotonic and increasing load, proportional or not, until partial or global failure of the cable structure occurs. The solution of the problem requires an incremental-iterative procedure, such as the Newton-Raphson Method, to insure the convergence. An easy-to-use computer program was developed which allows for analyses of suspension cables takingencompassing large displacements effects and the inelastic behaviour of the cables. The computational coding of the element was performed using the PASCAL programming language obeying the DELPHI 4.0 standards. The examples presented were compared with theoretical results and with results produced by some commercial programs, showing the correctness and accuracy of the developed program.
Assunto
Estruturas de cabo, Engenharia de estruturas
Palavras-chave
Elementos finitos, Análise não-linear, Estruturas de cabos