EM - Escola de Minas
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A Escola de Minas de Ouro Preto foi fundada pelo cientista Claude Henri Gorceix e inaugurada em 12 de outubro de 1876.
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Item Time-domain analysis of framed structures based on “exact” structural-property matrices for nonprismatic Timoshenko’s elements.(2022) Pillon, Fenando R.; Ribeiro, Iara Souza; Araújo, Francisco Célio de; Degenhardt, RichardThis paper applies a unified process to calculate ”exact” (consistent) finite-element (FE) matrices for framed structures having nonprismatic elements and including shear- deformation and rotational-inertia effects. In this process, the exact expressions for the element stiffness and nodal-load coefficients result from applying the principle of virtual forces (PVF) at the element level. Rigidity values, determined at a certain number of cross sections in the frame element, are employed to describe how the corresponding rigidities vary along its length. For that, interpolation polynomials of different orders are consid- ered. Exact Timoshenko’s shape functions, built under the most general cases of rigidity variation, are used for evaluating the mass matrix coefficients. In the applications, com- plex 2D frames with nonprismatic elements are considered to simulate bridge structures under seismic excitation and a generic harmonic load. Comparisons with highly accurate response time-histories obtained by employing ANSYS (3D) solid-FE models are effected to verify the robustness of the proposed formulation.Item Nonlinear analysis of semirigid steel frames having nonprismatic shear-deformable members.(2022) Araújo, Francisco Célio de; Ribeiro, Iara Souza; Machado, Roberta MariaStarting from the principle of virtual forces (PVF), one devises a flexibility-type method to obtain, based on the Timoshenko beam theory (TBT), exact expressions for the structural properties of nonprismatic frame elements. One adopts polynomials of different orders to interpolate the sectional rigidity values over the elements and employs exact Timoshenko’s shape functions for evaluating deformation-dependent structural properties, such as geometric stiffness. In this respect, we present a mathematically formal process to obtain the changes in the preexisting element forces needed to calculate geometric stiffnesses. The procedure adopted in this paper easily allows one to include higher-order nonlinear terms in the analysis. Robustness of the proposed formulation is observed by conducting geometrically nonlinear analyses of 2D semirigid steel frames possessing nonprismatic members. General nonlinear curves describing the semirigid connections may be easily incorporated into the analysis.Item 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 BatistaO 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.Item A novel strategy to construct exact structural-property matrices for nonprismatic Timoshenko’s frame elements.(2020) Araújo, Francisco Célio de; Ribeiro, Iara SouzaAssuming Timoshenko’s beam hypothesis, this paper proposes a unified strategy to derive exact finiteelement (FE) matrices for framed structures having elements with variable rigidity. Its basic idea is to apply the principle of virtual forces (PVF), at the element level, to obtain a flexibility-based set of equations from which structural-property and nodal-load coefficients can be directly evaluated. The variable physical-geometric characteristics along the frame elements are approximated by polynomials of different orders. For evaluating structural-property coefficients that depend on the deformation of the structure, as e.g. the geometric stiffness coefficients, one employs Timoshenko’s consistent shape functions. A novel process for building them under the most general cases of rigidity variation is presented in this paper. In this study, we particularly apply the technique to effect second-order analyses of 2D frames with nonprismatic elements.Item Geometric nonlinear analysis of plane frames with generically nonuniform shear-deformable members.(2017) Araújo, Francisco Célio de; Ribeiro, Iara Souza; Silva, Kátia Inácio daThis 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.Item Análise não–linear geométrica de sistemas aporticados planos com elementos de rigidez variável : aplicações em estruturas de aço e de concreto armado.(2016) Ribeiro, Iara Souza; Araújo, Francisco Célio de; Araújo, Francisco Célio de; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Greco, MarceloO presente trabalho consiste no estudo do comportamento não–linear geométrico de sistemas estruturais aporticados planos. Busca–se esclarecer aspectos pertinentes aos procedimentos normativos à luz de análises numéricas não–lineares com consideração de grandes deslocamentos, utilizando–se, para tanto, o esquema incremental–iterativo de Newton– Raphson com controle de carga, com atualização da matriz de rigidez a cada iteração e a abordagem corrotacional. Neste contexto, foi desenvolvida uma formulação capaz de modelar elementos com seções transversais de formas geométricas arbitrárias e variando genericamente ao longo do elemento. A validação da base computacional implementada foi feita através da comparação de análises estruturais realizadas pelo software SAP2000 (2013) e, quando pertinente, pelo TQS (2016). As aplicações focam em questões relacionadas ao projeto de estruturas em concreto armado e aço, e na avaliação da estabilidade global da estrutura.