Formulação e implementação computacional para análise fisicamente e geometricamente não linear de cascas pelo método dos elementos finitos generalizados

dc.creatorDanilo Bento Oliveira
dc.date.accessioned2024-11-08T14:50:50Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:39:57Z
dc.date.available2024-11-08T14:50:50Z
dc.date.issued2024-03-22
dc.description.abstractThe structural analysis of plates and shells is an extremely relevant topic in structural engineering and has received increasing attention in recent decades, composing a vast field of research with many gaps yet to be explored. In this work, the nonlinear physical and geometrical response in problems involving plates and shells is studied. To overcome the shear and membrane locking, an element is adopted that combines the mixed tensorial interpolation method (MITC) with the Generalized Finite Element Method (MEFG), as this method is proven to be less prone to mesh influence, becoming more advantageous for this type of analysis. The shell element is formulated within the context of the Total Lagrangian formulation with deformations/stresses taken into account using the nonlinear Green-Lagrange strain tensor. In the present study, the physical nonlinearity considered refers to the description of elastoplastic behavior under finite strains, evaluated through the adoption of stress-strain relationships suitable for the material response and deduced from the principal hypothesis of the multiplicative decomposition of the deformation gradient. This implementation generically expands the models presented in Oliveira (2016)and ensures that elastoplastic models originally formulated for small strains are also applied to finite strain regime. To capture stress and strain variations through the thickness, the shell element is subdivided into N discrete layers, allowing the measurement of the material's inelastic behavior. In this scenario, the kinematics of flat shell elements in layers adapted to the MEFG is presented. In addition, a formulation for an Implicit/Explicit return algorithm based on the standard Closest Point Projection method for stress integration is presented, adapted for the finite deformation model. To evaluate and validate the proposed element, results from numerical solutions of other shell elements found in the literature and analytical solutions are compared with the element. It is shown that the proposed model, in addition to converging rapidly, presents results consistent with those presented in the literature and in analytical solutions.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/77915
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectEngenharia de estruturas
dc.subjectCascas (Engenharia)
dc.subjectPlacas (Engenharia)
dc.subjectMétodo dos elementos finitos
dc.subjectCisalhamento
dc.subjectDeformações e tensões
dc.subjectAlgoritmos
dc.subjectCálculos numéricos
dc.subject.otherCascas
dc.subject.otherGrandes deslocamentos
dc.subject.otherGrandes deformações
dc.subject.otherMEFG
dc.subject.otherMITC
dc.subject.otherDeformações finitas
dc.titleFormulação e implementação computacional para análise fisicamente e geometricamente não linear de cascas pelo método dos elementos finitos generalizados
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor1Samuel Silva Penna
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2922153309101187
local.contributor.referee1Felício Bruzzi Barros
local.contributor.referee1Roque Luiz da Silva Pitangueira
local.contributor.referee1Gray Farias Moita
local.contributor.referee1Raul Rosas e Silva
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6187173588118327
local.description.resumoA análise estrutural de placas e cascas é um tópico de extrema relevância na engenharia estrutural e tem recebido crescente atenção nas últimas décadas, compondo um campo de pesquisa vasto e ainda com muitas lacunas a serem exploradas. Neste trabalho, é estudada a resposta não linear de natureza física e geométrica em problemas envolvendo placas e cascas. Para superar o bloqueio por cisalhamento e membrana, é adotado um elemento que combina o método das interpolações tensoriais mistas (MITC) com o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), pois esse método é comprovadamente menos propenso à influência da malha, tornando-se mais vantajoso para este tipo de análise. O elemento de casca é formulado no contexto da formulação Lagrangiana Total com deformações/tensões levadas em conta usando o tensor de deformações não linear de Green-Lagrange. No presente estudo, a não linearidade física considerada refere-se à descrição do comportamento elastoplástico sob deformações finitas, avaliada através da adoção de relações tensão-deformação adequadas à resposta do material e deduzidas a partir da hipótese principal da decomposição multiplicativa do gradiente de deformações. Essa implementação, expande de forma genérica os modelos apresentados em Oliveira (2016) e garante que modelos elastoplásticos originalmente formulados para pequenas deformações sejam também aplicados a problemas de grandes deformações. Para capturar as variações de tensão e deformação através da espessura, o elemento de casca é subdividido em N camadas discretas permitindo medir o comportamento inelástico do material. Neste cenário, é apresentada a cinemática de elementos de casca plana em camadas adaptados ao MEFG. Além disso, é apresentada uma formulação para um algoritmo de retorno Implícito/Explícito baseado no algoritmo padrão de retorno pelo método da projeção do ponto mais próximo (Closest Point Projection) adaptado para o modelo de deformações finitas. Para avaliar e validar o elemento proposto, resultados provenientes de soluções numéricas de outros elementos de casca encontrados na literatura e soluções analíticas são comparados com o elemento. É mostrado que o modelo proposto, além de convergir rapidamente, apresenta resultados coerentes com os apresentados na literatura e em soluções analíticas.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5607-9710
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas

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