Navegando por Autor "Hillesheim, Maicon José"

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Análise de torção de Saint-Venant em barras com seção arbitrária via método dos elementos de contorno (M.E.C.).
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Hillesheim, Maicon José; Araújo, Francisco Célio de
Neste trabalho, uma formulação bidimensional do Método dos Elementos de Contorno (M.E.C.) é utilizada na análise de elementos estruturais com seções arbitrárias quaisquer submetidos a torção uniforme. A análise se baseia na torção de Saint-Venant e propõe-se a abranger seções de paredes espessas e finas. Uma vez que integrais singulares e integrais quasi-singulares fazem parte da formulação do M.E.C., constata-se que a eficiência do método depende essencialmente do processo de integração empregado para o cálculo desses tipos de integrais. Com esse fim, algoritmos especiais de integração, baseados na transformação cúbica de coordenadas, segundo Telles, e baseados em expressões analíticas, foram desenvolvidos. Realizam-se diferentes aplicações em que grandezas de interesse tais como centro de torção, momento de inércia à torção, rotação angular específica, tensões, etc. são avaliadas de modo a verificar a eficiência do programa computacional implementado. Nesse contexto, comparam-se os resultados obtidos com os demais processos considerados na pesquisa e com resultados apresentados por outros autores.
Análise não-linear geométrica de pórticos planos com elementos não-prismáticos de seção qualquer, descritos referenciados a eixos não-centroidais segundo a formulação de Timoshenko.
(2023) Mageveske Netto, Protáze; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Hillesheim, Maicon José
O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver uma formulação consistente e genera- lizada para análise linear e não linear de elementos de pórtico plano. Para tanto, a partir do Princípio das Forças Virtuais foi desenvolvida uma formulação para elementos não prismáticos de seção qualquer baseados em eixos não centroidais, em nível de elemento, para a obtenção das expressões exatas dos coeficientes de rigidez elástica e geométrica, bem como de cargas nodais equivalentes. Polinômios de diferentes ordens foram empre- gados a fim de interpolar as rigidezes axial, flexional, cisalhante e estática generalizada ao longo do comprimento do elemento. Outrossim, funções de forma de Timoshenko são desenvolvidas como co-produto do próprio processo de formulação. Tal feito permite também que as matrizes de propriedades estruturais sejam diretamente determinadas a partir dessas funções. Assim, uma vez que os processos de integração serão reduzidos, naturalmente ocorre otimização no tempo de processamento computacional. Ao longo dos exemplos estudados, foi notado que a redução é de aproximadamente 30%. O programa computacional NAESY (Numerical Analysis of Engineering Systems) foi utilizado como base de estudo para a pesquisa. Nesse programa, foi implementado tanto a formulação para eixos não centroidais para uma análise linear elástica como não linear geométrica. Visualizações gráficas foram implementadas por meio do programa VisIt. Por fim, os re- sultados foram validados através de modelos 3D analisados através do programa comercial ANSYS.
Análise via Método dos Elementos de Contorno (MEC) de elementos estruturais compósitos de seções genéricas e rigidez variável submetidos a torção não uniforme.
(2022) Hillesheim, Maicon José; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Neves, Francisco de Assis das; Silva, Amilton Rodrigues da; Telles, José Cláudio de Faria; Wrobel, Luiz Carlos
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.
Nonuniform torsion analysis in tapered composite bars by including higher-order warping modes.
(2022) Araújo, Francisco Célio de; Hillesheim, Maicon José; Renostro, Gabriel Viecelli; Telles, José Cláudio de Faria
This paper presents a generalized formulation to describe nonuniform torsion in composite bars with variable cross section including higher-order warping modes. In that, the boundary-element subregion-by-subregion (BE SBS) technique is applied to determine the warping modes for cross sections constituted of any number of different materials. The distribution of the nonuniform warping along the axis is taken into account by multiplying the warping modes by derivatives of the associated twist angle functions. A new process based on the weighted residual method is proposed to solve the resulting global equilibrium equations. One also makes generic comments on the solution of the local coupled boundary-value problems (BVPs), which encompasses preconditioned Krylov solvers (embedded in the BE SBS technique), discontinuous boundary elements, and efficient (low-order) quadratures for singular and nearly-singular integrals. Efficiency and robustness of the technique are verified by comparing the present results with highly accurate 3D responses.
Photogrammetric process to monitor stress fields inside structural systems.
(2021) Honório, Leonardo de Mello; Pinto, Milena Faria; Hillesheim, Maicon José; Araújo, Francisco Célio de; Santos, Alexandre Bessa dos; Soares Júnior, Delfim
This research employs displacement fields photogrammetrically captured on the surface of a solid or structure to estimate real-time stress distributions it undergoes during a given loading period. The displacement fields are determined based on a series of images taken from the solid surface while it experiences deformation. Image displacements are used to estimate the deformations in the plane of the beam surface, and Poisson’s Method is subsequently applied to reconstruct these surfaces, at a given time, by extracting triangular meshes from the corresponding points clouds. With the aid of the measured displacement fields, the Boundary Element Method (BEM) is considered to evaluate stress values throughout the solid. Herein, the unknown boundary forces must be additionally calculated. As the photogrammetrically reconstructed deformed surfaces may be defined by several million points, the boundary displacement values of boundary-element models having a convenient number of nodes are determined based on an optimized displacement surface that best fits the real measured data. The results showed the effectiveness and potential application of the proposed methodology in several tasks to determine real-time stress distributions in structures.
Revisiting the BE SBS algorithm and applying it to solve torsion problems in composite bars : robustness and efficiency study.
(2019) Araújo, Francisco Célio de; Hillesheim, Maicon José; Soares Júnior, Delfim
The construction of truly competitive boundary-element (BE) codes, capable of analyzing real-life engineering problems, unavoidably requires the devising of coupling strategies to make the modeling of complex heterogeneous domains user-friendly. Thereby, high-performance algorithms for solving the highly sparse resulting system of equations are essential. Moreover, as discontinuous boundary elements are necessary to alleviate the modeling process of coupled domains, efficient (low-order) quadratures for integrating singular and nearly-singular fundamental kernels over the boundary elements must be implemented. This paper newly discusses the construction of the boundary-element subregion-by-subregion (BE SBS) technique based on a BEM formulation for torsion problems in general composite bars. One also presents details of the formulation of the Krylov solvers BiCG and BiCGSTAB-(l), embedded in the coupling algorithm. In addition, the BE SBS matrix structure itself is used to form an efficient sparse incomplete LU factorization (SILU) preconditioner to accelerate the iterative solution process. Torsion problems in bars with complex composite patterns (e.g. with many different materials) are analyzed to attest the efficiency and robustness of the whole boundary-element technique.