Browsing by Author "Alvarenga, Arthur Ribeiro de"
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Item Análise numérica de sólidos axissimétricos via MEF : aplicação em elementos de concreto, de aço e mistos de aço e concreto.(2017) Ferreira, Tiago José; Silva, Kátia Inácio da; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Kátia Inácio da; Rocha, Paulo Anderson Santana; Alvarenga, Arthur Ribeiro deNo presente trabalho tem–se como objetivo analisar o comportamento de estruturas axissimétricas submetidas a carregamentos axissimétricos, com a hipótese de relação linear– elástica do material. Para isso implementou–se computacionalmente uma formulação matemática baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), utilizando–se a linguagem de programação Fortran 90/95 (CHAPMAN, 2003), a qual possibilita a obtenção dos valores de tensões, deformações e deslocamentos da estrutura axissimétrica. Para discretizar a estrutura foram utilizados elementos finitos triangulares com três nós, denominados de CST (Constant Strain Triangle), e como a formulação do MEF adotada neste trabalho possibilita avaliar as tensões apenas no centroide dos elementos, utilizou–se uma interpolação via polinômio de Lagrange para determinar as tensões nos nós dos elementos ou em qualquer outro ponto da estrutura. Com o intuito de verificar as respostas obtidas a partir do programa computacional implementado realizaram–se comparações com resultados da literatura e/ou de modelagens feitas com o auxílio do software ANSYS 12.1. Este trabalho pode contribuir de forma eficiente para o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos em estruturas tais como: tubulações de água e gás, minerodutos, estacas de aço e/ou concreto, risers flexíveis, pilares de concreto e/ou aço, reservatórios, tubulões de concreto, entre outros.Item Aspectos importantes na análise avançada com zona plástica de portais planos de aço.(2005) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaEste trabalho procura mostrar os passos necessários para se realizar uma análise avançada. Inicialmente apresenta-se um estado-da-arte dos diversos métodos de análise estrutural hoje existentes, suas características, pesquisadores, vantagens e desvantagens, incluindo uma parte sobre dimensionamento, com extensa bibliografia. A análise avançada é definida, no contexto da AS4100 (1990), como uma análise inelástica de segunda ordem muito precisa em que são incluídos os aspectos importantes (curvatura inicial, fora de prumo e tensões residuais), entre outros que podem ser atribuídos, e cumprindo severas exigências, de forma a se obter uma carga limite, tão precisa que não sejam necessárias outras verificações de resistência ou de estabilidade para a estrutura analisada naquele plano, conforme Chen e White (1993). A formulação numérica aborda uma análise inelástica no plano, com o método da zona plástica, empregando a técnica das fatias (Lavall, 1996), definindo um EF no sistema Lagrangiano corrotacional atualizado com teoria de Bernoulli-Euler, e utilizando o processo incremental-iterativo de Newton-Raphson padrão. Desenvolveu-se um processo de integração iterativa dos esforços normais, como uma melhoria que simula o vetor correção do método da rótula plástica refinada (Liew et al., 1994). Foi feita a implementação computacional que aplica a formulação citada e inclui os aspectos importantes, sendo apresentados alguns exemplos de validação que são: uma viga, dois casos de colunas e a seguir três portais. Dois desses exemplos são explorados na realização de uma análise avançada, fazendo-se um estudo paramétrico desses aspectos importantes (a forma da curvatura inicial, arranjos da curvatura inicial e do fora de prumo, isolados ou combinados, com e sem tensões residuais, etc). Finalmente, após a discussão de vários resultados e dos estudos já indicados, são apresentados comentários gerais, limitações da pesquisa, indica-se um roteiro de como poderá ser realizada a análise avançada dentro de escritórios, e principalmente, considerando a gama de combinações das imperfeições iniciais que podem existir num problema, apresenta-se uma proposta de teorema que permite simplificar um pouco essa tarefa, na medida que as imperfeições da configuração inicial poderão ser estabelecidas a partir da deformada final de colapso, determinada previamente, por uma configuração inicial não necessariamente mais crítica.Item A configuração geométrica inicial na análise avançada de portais planos de aço.(2006) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaEsse artigo aborda a influência da configuração geométrica inicial na carga-limite de portais planos de aço, determinada empregando-se uma análise inelástica de segunda ordem baseada na aplicação do método da zona plástica. Essa configuração geométrica inicial inclui imperfeições como a curvatura inicial e o fora de prumo, que fazem parte dos requerimentos mínimos para se qualificar essa análise inelástica como avançada. Os passos necessários para desenvolver essa análise serão mostrados, incluindo a formulação, as exigências de cálculo e os exemplos utilizados nesse estudo. Finalmente, são apresentados as conclusões e um roteiro de análise, que podem auxiliar o engenheiro a estabelecer a configuração inicial mais crítica, a partir da qual pode-se determinar a carga-limite de um problema estrutural mais complexo.Item Uma formulação inserindo as ligações semirrígidas na análise inelástica por zona plástica.(2017) Alvarenga, Arthur Ribeiro deNeste artigo apresenta-se resumidamente uma formulação numérica voltada para a Análise Inelástica adotando Método da Zona Plástica incluindo o efeito das ligações semirrígidas, aplicada a pórticos planos de aço. Adotou-se a teoria de Bernoulli-Euler para desenvolvimento desse elemento finito no contexto da Técnica das Fatias usando o sistema Lagrangiano corrotacional atualizado. Indicam-se diferenças interessantes dessa aproximação em relação a outras existentes. Propõe-se o parâmetro índice de giro próprio da ligação ou de semiflexibilidade eta, que avalia melhor este comportamento. Essa formulação é validada agora estudando uma viga e uma coluna apresentando resultados adequados. Nestes estudos, verifica-se a resistência da viga avaliada no regime elástico. Também se avalia a flambagem elástica das colunas, tópico associado à Estabilidade e identificam-se aspectos contidos nas normas atuais. Esses exemplos são passos fundamentais para qualquer formulação garantir o seu posterior emprego em estudos mais complexos nesta pesquisa.Item Formulações corrotacionais 2D para análise geometricamente não linear de estruturas reticuladas.(2016) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Galvão, Alexandre da SilvaCom o propósito de tornar os sistemas estruturais mais econômicos tem-se um aumento da utilização de estruturas cada vez mais esbeltas em várias áreas da engenharia. Para a concepção de estruturas mais esbeltas, a realização de análises não lineares geométricas, em que os efeitos de segunda ordem são explicitamente incluídos, torna-se cada vez mais comum. Nesse âmbito, com esta dissertação tem-se a finalidade principal o desenvolvimento de formulações para estruturas reticuladas 2D, que consideram o comportamento não linear geométrico, dentro do contexto do Método dos Elementos Finitos. As implementações foram realizadas no programa computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), com o qual é possível a realização de análises avançadas de estruturas considerando vários efeitos não lineares. As formulações de elementos finitos geometricamente não lineares implementadas aqui estão adaptadas à metodologia de solução que usa o método de Newton-Raphson acoplado às estratégias de incremento de carga e de iteração. Essas estratégias permitem a ultrapassagem de pontos críticos (bifurcação e limite) ao longo da trajetória de equilíbrio. Vale enfatizar a adoção nessas formulações não lineares de elementos finitos do referencial corrotacional, que permite a separação explícita entre os movimentos de corpo rígido e os deformacionais. Nesse tipo de abordagem, somente os deslocamentos que causam deformações estão presentes e, dessa forma, os deslocamentos e rotações medidos nesse sistema local corrotacional podem ser considerados pequenos e permitem a consideração de medidas de deformação lineares sem perda de precisão. Essas formulações utilizam a teoria de viga de Euler-Bernoulli e também a teoria de Timoshenko. Os resultados obtidos no presente trabalho foram avaliados através do estudo de problemas estruturais clássicos de estabilidade fortemente não lineares encontrados na literatura.Item As ligações semirrígidas na análise avançada com zona plástica de portais planos de aço.(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2010) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaNeste trabalho, estuda-se como desenvolver a Análise Avançada empregando o método da Zona Plástica em portais planos de aço, agora incluindo o efeito das ligações. Primeiramente, define-se esta análise como a inelástica de segunda ordem, na qual se avalia a plasticidade distribuída (por meio da técnica das fatias) e consideram-se os chamados “Aspectos importantes”, como as imperfeições geométricas (curvatura inicial e fora de prumo) e físicas (tensões residuais). Em seguida, introduz-se o efeito das ligações, mediante uma revisão bibliográfica abrangendo histórico, propriedades, tipos, modelos de comportamento de momento rotação M-θ. Propõe-se um novo modelo, chamado Rigidez Bilinear (RBL), que é empregado também em várias análises e permite fazer uma estimativa de curvas M-θ por analogia. É desenvolvida a formulação numérica do EF com ligação numa extremidade e se define um novo parâmetro índice de giro próprio da ligação η. Estuda-se a sua influência na formulação, seus valores, variações e seu efeito nas análises produzidas. A Integração Iterativa do Esforço Axial (IIEA), que é uma correção necessária quando ocorre o escoamento na seção, é ajustada e empregada. Estuda-se o deslocamento do centro de gravidade plástico, que leva a comportamentos da plasticidade não abordados, em geral, na literatura. A implementação computacional desse elemento, incluindo o ajuste da IIEA e da excentricidade, permite o estudo de vários modelos de ligações, inclusive o proposto. São abordados também: a determinação da rotação da ligação, o acompanhamento da curva M-θ e controles para os casos de não linearidade dessa curva. São analisados exemplos de vigas, colunas e portais, no regime elástico ou inelástico, com ligações lineares e não lineares, validando a formulação e as contribuições deste trabalho. Por fim, estuda-se a definição da configuração geométrica limitadora, ou seja, aquela que permite obter a carga limite mínima de projeto para um portal plano com ligações. É estabelecida a validade da proposta do Teorema da Configuração Inicial, visto que existem situações em que a carga limite encontrada não se altera em razão de mudanças na geometria imperfeita inicial. Mesmo nessas condições, comprovou-se que a deformada inelástica pode definir essa configuração limitadora. No caso de dúvidas, são apresentadas recomendações simples (corolários) e um roteiro para projeto no contexto da Análise Avançada incluindo o efeito das ligações semirrígidas.Item Second-order plastic-zone analysis of steel frames – Part II : effects of initial geometric imperfection and residual stress.(2009) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaThe application of a second-order plastic-zone formulation to study the minimum requirements needed to arrive at the so called advanced analysis concept, where an individual member’s check is simplified or even unnecessary, is presented in this paper. A companion paper provides the theoretical background for this formulation. These requirements appear in specifications and refer to the unavoidable imperfections of steel structure construction leading to premature collapse. The structure’s out-of-plumbness and members’ out-of-straightness form the initial geometric imperfections, affecting building stability and lateral drift, but are justifiable under manufacturing and erection tolerances. Unequal cooling of a steel section, after the rolling or welding process, creates residual stress that increases the plasticity path. As the plastic zone analysis accounts for these three imperfections in an explicit way, alone or combined, this study shows a brief review, computational implementation details and numerical examples. Finally, this work makes some recommendations to find the worst initial imperfect geometry for some loading cases.Item Second-order plastic-zone analysis of steel frames. Part I: numerical formulation and examples of validation.(2009) Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da MotaThis paper presents a second-order plastic-zone formulation for the non-linear analysis and design of plane steel frames with geometric imperfections and residual stress. The proposed numerical methodology has an inelastic formulation based on the plastic-zone method performed by the so-called “slice technique". This methodology also uses a beam-column finite element model based on the Bernoulli-Euler theory and described in the updated Lagrangian co-rotational system. The considered hypothesis and the adopted kinematic relation lead to an element stiffness matrix whose terms represent the constitutive law and second-order effects. An incremental-iterative Newton-Raphson strategy solves the global non-linear equation system and, at the internal force recovery level, in each iteration, an axial-force iterative process is proposed to obtain the axial-force balance at the element ends, more precisely determining the plasticity spread. Three benchmark structural problems are studied and the present work's findings validate the proposed numerical formulation and the axial-force iterative process. A companion paper discusses in depth the influence of geometrical imperfections and residual stress in steel frame design.