Análise via Método dos Elementos de Contorno (MEC) de elementos estruturais compósitos de seções genéricas e rigidez variável submetidos a torção não uniforme.

Abstract

Algoritmos capazes de simular com exatidão o comportamento de estruturas de materiais compósitos demandam grande esforço computacional, sobretudo em casos de sólidos tridimensionais com geometrias complexas. Nesse contexto, este trabalho se propõe a desenvolver um elemento finito unidimensional, fundamentado em teoria de vigas, capaz de reconstituir a resposta de sólido 3D para barras de seção heterogênea e variável submetidas a torção não uniforme. Nessa abordagem, dois modos de empenamento são considerados, o primeiro descrito pela equação diferencial de Laplace o segundo, pela equação de Poisson, as quais são resolvidas através de uma formulação bidimensional do MEC. Ao longo do comprimento, o problema é descrito por um sistema de equações diferenciais ordinárias cujas variáveis independentes são as parcelas primária e secundária do ângulo de torção. Nesta pesquisa, essas equações são solucionadas de maneira inédita através do Método dos Resíduos Ponderados (MRP). Em formulações do MEC, a heterogeneidade da seção transversal demanda o emprego de uma estratégia de decomposição de domínio. Para isso emprega-se uma técnica de subestruturação genérica de modelos de elementos de contorno (BE-SBS), que possibilita trabalhar com um número qualquer de subdomínios. Um aspecto relevante dessa técnica é o uso de solvers de Krylov, que possibilitam eliminar operações com grandes blocos de zeros, ocasionando grande otimização dos recursos computacionais. Além disso, a técnica conta com elementos descontínuos e algoritmos especiais de integração, viabilizando de forma unificada o tratamento de seções envolvendo domínios esbeltos ou espessos. Diversos exemplos são apresentados para demonstrar a acurácia, eficiência e robustez das formulações desenvolvidas.