Técnica de elementos finitos para análise limite de pórticos planos associada à automação do processo de modelagem 3d de estruturas reticuladas via cad
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Felicio Bruzzi Barros
Armando Cesar Campos Lavall
Philippe Remy Bernard Devloo
Armando Cesar Campos Lavall
Philippe Remy Bernard Devloo
Resumo
O presente trabalho propoe uma tecnica de elementos finitos para executar analise limite de porticos planos em abordagem cinematica via programacao linear (PL). A formulacao esta associada ao desenvolvimento de um sistema CAD (Computer Aided Design), visando a automacao da modelagem tridimensional e bidimensional deestruturas reticuladas. O sistema CAD desenvolvido, denominado modelador estrutural, funciona como pre e pos-processador para a tecnica de analise limite formulada. O aplicativo utiliza a programacao orientada a objetos (POO), e a interface de programacao para aplicacoes (Aplication Programming Interface ¡© API) adotada e o ObjectARX (AutoCAD Runtime eXtension), que permite a extensao e personalizacao do software AutoCAD. As estruturas reticuladas sao modeladas de forma grafica e tridimensional, mediante o uso de barras, nos, materiais e secoes transversais. A formulacao da tecnica para analise limite de porticos planos utiliza uma abordagem cinematica para determinar o limite superior (upper bound) do fator de carga de colapso, ¥êc, e o mecanismo de colapso correspondente. A solucao do problema estrutural e obtida transformando-o em um problema de PL. Para minimizar o fator de carga de colapso, o principio dos trabalhos virtuais (PTV) e aplicado aos possiveis mecanismos de um portico plano. A estrutura e discretizada em elementos finitos de dois nos com interpolacao linear, e as equacoes de restricao do problema de PL sao obtidas impondo-se as condicoes de contorno a compatibilidade de deformacoes e deslocamentos. Para a implementacao da tecnica, foi desenvolvido um aplicativo processador, em linguagem de programacao C++, utilizando os paradigmas da POO e alguns padroes de projeto de software. Finalmente, sao abordadas as contribuicoes deste trabalho em diversas areas, as limitacoes dos aplicativos gerados, assim como sugestoes e propostas para a continuidade do mesmo.
Abstract
The present work presents a finite element technique for the limit analysis of plane frames using linear programming (LP). The formulation is integrated with a CAD (Computer Aided Design) system developed to automate the modeling of threedimensional and two-dimensional reticular structures. The CAD system developed, named structural modeler, works as pre and post-processor for the conceived limit analysis technique. The application uses object orientedprogramming (OOP) and the application programming interface (API) ObjectARX (AutoCAD Runtime eXtension), that allows extensions and customization of the software AutoCAD. The 3D modeler allows the lauching of the structure using bars, nodes materials and cross sections.The plane frame limit analysis technique uses the kinematic approach to determine upper bounds of the collapse load factor, êc, as well as the corresponding collapse mechanism. The proposed solution transforms the structural problem into a LP problem. Minimization of the load factor is achieved by applying the Principle of Virtual Work (PVW) to the frame possible collapse mechanisms. The structure is discretized in twonodes finite elements with a linear interpolation and the constraint equations of the LP problem are obtained by the compatibility of displacements and strain. For the implementation of the technique an application was developed, using C++, the paradigms of the OOP and some software design patterns. Finally, the contributions of this work to other areas, the limitations of the resulting applications and suggestions for future work are also discussed.
Assunto
Engenharia de estruturas, Método dos elementos finitos, Pórticos estruturais
Palavras-chave
Modelagem 3d, Análise limite de pórticos