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Title: Emprego de elemento finito híbrido na análise não-linear de estruturas metálicas.
Authors: Santos, Marcelo Nascimento dos
metadata.dc.contributor.advisor: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Keywords: Engenharia de estruturas
Ligações metálicas
Análise numérica
Issue Date: 2007
Publisher: Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: SANTOS, M. N. dos. Emprego de elemento finito híbrido na análise não-linear de estruturas metálicas. 2007. 144 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Engenharia Civil) Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2007.
Abstract: Neste trabalho, um elemento finito híbrido que incorpora em sua formulação os efeitos não-lineares de segunda ordem, da inelasticidade do aço e da rigidez da ligação, é utilizado para analisar alguns sistemas estruturais reticulados planos em aço (rígidos, semi-rígidos ou rotulados) submetidos a cargas aplicadas estaticamente. Na realidade, trata-se do elemento finito clássico de pórtico plano que apresenta em suas extremidades pares de molas dispostas em série. Uma das molas é representada, na formulação matemática deste elemento, pelo parâmetro Sc que define o grau de rigidez da ligação entre os membros do sistema estrutural; na outra mola é definido o parâmetro Ss que avalia a plastificação da seção. A matriz de rigidez desse elemento incorpora todos os efeitos não-lineares supracitados. O objetivo desta dissertação é averiguar a eficiência computacional desse elemento finito híbrido na simulação isolada e combinada desses efeitos não-lineares. São estudados inicialmente problemas clássicos de equilíbrio e estabilidade que apresentam como característica principal um comportamento fortemente não-linear e possuem em suas trajetórias de equilíbrio regiões com grandes deslocamentos e pontos críticos (pontos limites de carga e/ou deslocamento). Em seguida, sistemas estruturais semi-rígidos com imperfeições geométricas iniciais são avaliados com o intuito de se verificar a contribuição da rigidez das ligações no valor da carga crítica e na natureza do mecanismo de colapso. Por fim são efetuadas análises inelásticas, baseadas no método da rótula plástica refinado, de pórticos planos rígidos e semi-rígidos com contraventamento ou não. Conclui-se dessa forma um ciclo de análises numéricas que visa validar a implementação computacional e o emprego desse elemento finito híbrido na discretização de sistemas estruturais em aço. No final deste trabalho são apresentadas considerações adicionais envolvendo os resultados obtidos e algumas propostas para prosseguimento dessa linha de pesquisa.
metadata.dc.description.abstracten: A hybrid finite element that incorporates the second-order effect, material yielding and connection flexibility effects, is presented in this work to study the behavior of plane steel frames (rigid, semi-rigid or pinned frames) subjected to static loads. In fact, it is the classic beam-column finite element that presents, in its ends, pairs of springs arranged in sequence. One of the springs is represented in the mathematical formulation of this element by the parameter Sc that defines the joint stiffness of the members; the other spring, whose rigidity is simulated by the parameter Ss, evaluates the plastification of the cross section. The element stiffness matrix incorporates these three non-linear effects mentioned. Therefore, the aim of this work is to investigate the computer efficiency of this hybrid finite element in the isolated and combined simulation of these nonlinear effects. Initially, equilibrium and stability of classic structural problems with high non-linear behavior and critical points in the equilibrium paths are studied. Hereinafter, semi-rigid structural systems with initial geometric imperfections are evaluated with the objective of estimate the contribution of the joint stiffness and of the geometric imperfections in the critical load and in the pattern of collapse mechanism. Later, the hybrid element is tested in the inelastic analysis, based on refined plastichinge method, of rigid and semi-rigid braced and unbraced frames. So through these examples is possible validate and verify the accuracy of numerical models of structural systems obtained using the hybrid finite element proposed. Additional considerations and suggestions to the continuation of this research are presented at the end this work.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2373
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