Navegando por Autor "Silva, Kátia Inácio da"

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Análise dinâmica de sistemas estruturais reticulados com restrições de contato.
(2016) Rosas, Letícia Reis Batista; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Kátia Inácio da
Com o avanço da construção civil, tem-se projetado elementos estruturais cada vez mais esbeltos, o que os torna mais susceptíveis a problemas excessivos de vibrações. Em muitas situações, esses elementos estão apoiados em outros corpos, tais como o solo, que podem oferecer restrições de movimentos em algumas direções. Nesse contexto, a análise estática e dinâmica desses elementos considerando a interação com esse outro meio torna-se importante na concepção de um projeto estrutural. Este trabalho tem como objetivo realizar análise dinâmica de sistemas estruturais considerando sua interação com o solo. As análises são realizadas utilizando o sistema computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), desenvolvido por Silva (2009). O solo é representado através do modelo de molas discretas e dos modelos contínuos de Winkler e Pasternak. São considerados os efeitos oriundos da não linearidade geométrica da estrutura e, em algumas análises, considera-se também o comportamento não linear do solo. A estratégia de modelagem utilizada baseia-se na aplicação do Método dos Elementos Finitos, e o problema de autovalor para determinação das frequências naturais é resolvido pelo método de Jacobi. O problema transiente não linear é resolvido através do método de integração de Newmark, em combinação com a estratégia incremental e iterativa de Newton-Raphson. Situações práticas envolvendo a interação entre o solo e a estrutura são avaliadas no decorrer do estudo, procurando evidenciar a influência do contato na trajetória de equilíbrio, na distribuição dos esforços, nas frequências naturais de vibração e na resposta transiente dessas estruturas.
Análise e projeto de estruturas de concreto usando o modelo de bielas e tirantes via MEF : aplicação em blocos de fundação, consolos curtos, vigas-parede e sapatas rígidas.
(2019) Lima, Miguel Angelo Araújo; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Kátia Inácio da
Neste trabalho tem-se como objetivo realizar análises elásticolineares a partir de um programa computacional destinado à implementação numérica do Modelo de Bielas e Tirantes, utilizando-se uma formulação baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF). Com este modelo é possível analisar o comportamento de elementos estruturais como blocos de fundação, consolos curtos e sapatas rígidas e realizar o dimensionamento das armaduras de aço, representar os valores de tensões, deformações e deslocamentos na região de uma viga representada como o Modelo de Bielas desenvolvido por Montoya et al. [1], além de modelar numericamente via MEF uma viga-parede com uma grande abertura, desenvolvida por Schlaich et al. [2]. Com o fim de validar as implementações numéricas, os resultados foram comparados com modelagens numéricas realizadas com o auxílio do software ANSYS 17 e com expressões normativas.
Análise não linear geométrica de pórticos planos e espaciais com elementos não prismáticos de seção qualquer, descritos segundo a formulação de Timoshenko.
(2022) Ribeiro, Iara Souza; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Silva, Kátia Inácio da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Greco, Marcelo; Gonçalves, Paulo Batista
O presente trabalho propõe uma estratégia unificada para obtenção das matrizes de rigidez elástica e geométrica de elementos não prismáticos de pórtico plano e espacial, com seções transversais de geometrias arbitrárias. O método proposto se fundamenta na utilização do Princípio das Forças Virtuais (PFV), a partir do qual, com base na teoria de vigas de Timoshenko, é possível se obter as expressões exatas para as matrizes de propriedades estruturais dos elementos. Para o cálculo dos coeficientes que dependem da deformação da estrutura, como os da matriz de rigidez geométrica, utilizam-se as funções de forma de Timoshenko. Estas são obtidas a partir de um processo que considera os casos mais gerais de variação de rigidez da seção. Além disso, também é apresentada uma formulação para incluir ligações semirrígidas e apoios elásticos, com relações constitutivas fisicamente não lineares. A validação da formulação proposta é realizada a partir de análises geometricamente não lineares de pórticos planos e espaciais em aço. Nesta etapa, exemplos clássicos da literatura e estruturas reais são abordados.
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 de
No 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.
Análise numérica não linear de vigas e lajes de concreto protendido.
(2018) Rosa, João Paulo de Souza; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Kátia Inácio da; Inoue, Hisashi
A aplicação da protensão em vigas e lajes tem sido difundida cada vez mais, através do desenvolvimento de novas técnicas construtivas e necessidade de soluções práticas na área da construção. Muitos estudos foram e estão sendo realizados com o intuito de se conhecer bem o comportamento de estruturas protendidas, de forma a tirar o maior proveito, com segurança, de suas possibilidades construtivas. O objetivo principal desse trabalho é implementar um modelo de elementos finitos para análise numérica não linear de vigas e lajes de concreto protendido. Dessa forma, foi implementado um elemento finito de interface para análise numérica não linear. Este elemento é capaz de simular tanto o deslizamento que ocorre entre a laje de concreto e a armadura ativa quanto a deformação que esta armadura sofre. As perdas de protensão imediatas e diferidas no tempo foram implementadas. Nas análises numéricas apresentadas no presente trabalho as lajes de concreto são modeladas com elementos planos de casca e as vigas modeladas com elementos de barra. O contato entre as cordoalhas e o concreto é modelado através de elementos de interface. As não linearidades geométrica e física são consideradas na análise numérica. Os exemplos analisados validam o modelo numérico sugerido neste trabalho mostrando um ótimo resultado quando comparado ao resultado experimental.
Aplicação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) na análise de problemas de elasticidade bidimensional definidos em domínios heterogêneos por partes.
(2020) Renostro, Gabriel Viecelli; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Silva, Kátia Inácio da; Santiago, José Antonio Fontes
Em aplicações do Método dos Elementos de Contorno (MEC) na resolução de problemas práticos de engenharia, a estratégia de acoplamento genérico de subregiões é, na verdade, imprescindível, no que tange à possibilidade de modelar materiais heterogêneos. Outro pilar fundamental no desenvolvimento de formulações eficientes do MEC é o processo de integração dos núcleos singulares presentes em formulações integrais de problemas físicos. Nesta dissertação, contemplam-se esses dois tópicos relevantes de formulações do MEC, particularmente em aplicações de elasticidade bidimensional (2D). Em relação à estratégia de acoplamento, procurou-se construir um algoritmo genérico, para o caso 2D, baseado na técnica de subregião-por-subregião (SBS), desenvolvido em trabalhos anteriores para problemas tridimensionais (3D). Ressaltase que esta técnica tem se mostrado muito atraente e amigável durante a fase de modelagem, posto que possibilita a geração e montagem dos modelos discretizados com elementos de contorno como se fossem domínios físicos independentes. A pesquisa de acoplamento é realizada de forma completamente automática via algoritmos que identificam as interfaces do modelo completo. No cálculo numérico dos coeficientes das matrizes do MEC, quadraturas especiais de integração, que possibilitam a análise de forma eficiente de integrais fracamente singulares e quase-singulares foram implementados. Essas quadraturas numéricas, nesses casos específicos, foram desenvolvidas com base no eficiente processo de Telles, que adota uma transformação polinomial cúbica de coordenadas que suaviza a singularidade e desloca os pontos de integração na direção do ponto singular. Na implementação computacional, a visualização gráfica das respostas, em termos de campos de deslocamentos e tensões, foi realizada através do programa VisIt (desenvolvido no Lawrence Livermore National Laboratory – LLNL USA) sendo as respostas consideradas como referência para a validação das presentes respostas obtidas com o programa comercial ANSYS 18.1.
Application of a generic domain-decomposition strategy to solve shell-like problems through 3D BE models.
(2007) Araújo, Francisco Célio de; Silva, Kátia Inácio da; Telles, José Cláudio de Faria
Efficient integration algorithms and solvers specially devised for boundary-element procedures have been established over the last two decades. A good deal of quadrature techniques for singular and quasisingular boundary-element integrals have been developed and reliable Krylov solvers have proven to be advantageous when compared to direct ones, also in case of non-Hermitian matrices. The former has implied in CPU-time reduction during the assembling of the system of equations and the latter in its faster solution. Here, a triangular polar co-ordinate transformation and the Telles co-ordinate transformation are employed separately and combined to develop the matrix-assembly routines (integration routines). In addition, the Jacobi-preconditioned Biconjugate Gradient solver (J-BiCG) is used along with a generic substructuring boundary element algorithm. Thus, solution CPU time and computer memory can be considerably reduced. Discontinuous boundary elements are also included to simplify the coupling of the BE models (substructures). Numerical experiments involving 3D thin-walled domains (shell-like structural elements) are carried out to show the performance of the computer code with respect to accuracy and efficiency of the system solution. Precision, CPU-time and potential applications of the BE code developed are commented upon.
Construction of the interaction curve of concrete–encased composite columns based on the deformation domains of reinforced concrete sections.
(2015) Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Kátia Inácio da
Neste trabalho se propõe uma metodologia para a obtenção da curva de interação para seções mistas de aço e concreto, sujeitas à flexão com-posta normal, com base nos domínios de deformação de estruturas de concreto armado definidos pela ABNT NBR 6118 [1]. Para isso, foram desenvolvidas expressões para o esforço normal, o momento fletor e para as deformações do concreto, das armaduras e dos elementos que compõem o perfil metálico em cada domínio de deformação. Com base nessas expressões criou–se um programa computacional denominado MDCOMP (2014). Neste trabalho utilizaram–se como valores limites das deformações do perfil metálico nos trechos comprimidos e tracionados, os mesmos estabelecidos pela ABNT NBR 6118 [1] para as deformações das armaduras de aço. Para verificar as implementações numéricas realizadas, as curvas de interação e os esforços máximos de plastificação da seção obtidos com o programa MDCOMP (2014) foram comparados com os determinados a partir das recomendações do EUROCODE 4 [2], da ABNT NBR 8800 [3] ou com respostas da literatura.
Decomposição genérica de domínio para análises 3D via M.E.C. : estudo de eficiência de estratégias voltadas para a análise de problemas de engenharia de grande ordem.
(Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2005) Silva, Kátia Inácio da; Araújo, Francisco Célio de
A eficiência do Método dos Elementos de Contorno na análise de problemas de engenharia depende fundamentalmente da eficiência dos algoritmos de integração e dos solvers utilizados. Nas últimas décadas, várias estratégias eficientes para a avaliação de integrais singulares e quasi–singulares foram desenvolvidas, e várias pesquisas têm evidenciado vantagens de solvers iterativos de Krylov em relação a solvers diretos. Com o objetivo de melhorar a eficiência das rotinas de montagem da matriz do sistema, propõe–se neste trabalho um processo baseado na combinação da transformação de coordenadas polares triangulares e da transformação não–linear de Telles. Além disso, o solver de gradiente biconjugado pré–condicionado de Jacobi (J– BiCG) é utilizado para o desenvolvimento de um algoritmo genérico de subestruturação. Vale ressaltar que elementos de contorno descontínuos são aplicados de modo a simplificar a introdução das condições de acoplamento entre um número genérico de subregiões, as quais eventualmente apresentam arestas e cantos. Desse modo, tanto o tempo de resolução do sistema quanto a memória são otimizados, uma vez que eliminam–se, completamente, o armazenamento e a manipulação de blocos de coeficientes nulos. Por fim, nas aplicações, uma série de exemplos numéricos é apresentada nos quais a performance das estratégias propostas é observada em termos de precisão das respostas e tempo de CPU para a montagem e resolução do sistema de equações algébricas resultante.
Estudo do desempenho de vigas em situação de incêndio a partir do modelo de fibras.
(2017) Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Kátia Inácio da
Neste trabalho apresenta-se a análise numérica de vigas de concreto armado de seção retangular e T e de vigas mistas de aço e concreto submetidas a altas temperaturas. Para a obtenção dos resultados numéricos, os quais se referem às relações momento x curvatura para diferentes temperaturas, bem como os valores máximos atingidos para os momentos fletores, utilizou-se o método ou modelo de fibras, sendo as relações constitutivas dos materiais (concreto e aço) definidas a partir das considerações do EUROCODE 2 parte 1.2 e da ABNT NBR 15200. A partir dos resultados obtidos, os quais são comparados com as respostas de expressões analíticas definidas pela ABNT NBR 6118 e pela ABNT NBR 8800, é possível se identificar a resistência residual da estrutura à medida que o tempo de exposição ao fogo aumenta e também demonstrar a redução efetiva de sua rigidez.
Generic domain decomposition and iterative solvers for 3D BEM problems.
(2006) Araújo, Francisco Célio de; Silva, Kátia Inácio da; Telles, José Cláudio de Faria
In the past two decades, considerable improvements concerning integration algorithms and solvers involved in boundary-element formulations have been obtained. First, a great deal of efficient techniques for evaluating singular and quasi-singular boundary-element integrals have been, definitely, established, and second, iterative Krylov solvers have proven to be advantageous when compared to direct ones also including non-Hermitian matrices. The former fact has implied in CPU-time reduction during the assembling of the system of equations and the latter fact in its faster solution. In this paper, a triangle-polar-co-ordinate transformation and the Telles co-ordinate transformation, applied in previous works independently for evaluating singular and quasi-singular integrals, are combined to increase the efficiency of the integration algorithms, and so, to improve the performance of the matrixassembly routines. In addition, the Jacobi-preconditioned biconjugate gradient (J-BiCG) solver is used to develop a generic substructuring boundary-element algorithm. In this way, it is not only the system solution accelerated but also the computer memory optimized. Discontinuous boundary elements are implemented to simplify the coupling algorithm for a generic number of subregions. Several numerical experiments are carried out to show the performance of the computer code with regard to matrix assembly and the system solving. In the discussion of results, expressed in terms of accuracy and CPU time, advantages and potential applications of the BE code developed are highlighted.
Geometric nonlinear analysis of plane frames with generically nonuniform shear-deformable members.
(2017) Araújo, Francisco Célio de; Ribeiro, Iara Souza; Silva, Kátia Inácio da
This paper employs the Direct Stiffness Method (DSM) to carry out geometric nonlinear analysis of plane frames with nonuniform physical-geometric characteristics. At the element level, a flexibility system of equations based on the principle of virtual forces (PVF) is established to calculate the tangent stiffness matrix and the equivalent nodal loads. The formulation allows for the easy modeling of shear-deformable frame elements with generic rigidity variation along their axes. In addition, Green's theorem is considered to express all the necessary section properties in terms of boundary integrals. This considerably simplifies the modeling of complex cross sections of arbitrary shapes. A “boundary-element” mesh is then used to model the geometric description of the cross sections. At the structure level, to determine the nonlinear equilibrium trajectories for the frame, we apply a co-rotational updated Lagrangian formulation along with an incremental-iterative full Newton-Raphson process. Large displacements and internal member forces are accurately reconstituted. Frameworks having elements with geometrically complex cross-sections varying along their axes are analyzed to validate the strategy proposed.