Dissertations / Theses on the topic 'Finites elements method'
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Starkloff, Hans-Jörg. "Stochastic finite element method with simple random elements." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2008. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-200800596.
Full textAbstract:
We propose a variant of the stochastic finite element method, where the random
elements occuring in the problem formulation are approximated by simple random
elements, i.e. random elements with only a finite number of possible values.
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Kleditzsch, Stefan, and Birgit Awiszus. "Modeling of Cylindrical Flow Forming Processes with Numerical and Elementary Methods." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-97124.
Full textAbstract:
With flow forming – an incremental forming process – the final geometry of a component is achieved by a multitude of minor sequential forming steps. Due to this incremental characteristic associated with the variable application of the tools and kinematic shape forming, it is mainly suitable for small and medium quantities. For the extensive use of the process it is necessary to have appropriate simulation tools. While the Finite-Element-Analysis (FEA) is an acknowledged simulation tool for the modeling and optimization of forming technology, the use of FEA for the incremental forming processes is associated with very long computation times. For this reason a simulation method called FloSim, based on the upper bound method, was developed for cylindrical flow forming processes at the Chair of Virtual Production Engineering, which allows the simulation of the process within a few minutes. This method was improved by the work presented with the possibility of geometry computation during the process.
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Rabadi, Kairas. "PERFORMANCE OF INTERFACE ELEMENTS IN THE FINITE ELEMENT METHOD." Master's thesis, University of Central Florida, 2004. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/2188.
Full textAbstract:
The objective of this research is to assess the performance of interface elements in the finite element method. Interface elements are implemented in the finite element codes such as MSC.NASTRAN, which is used in this study. Interface elements in MSC.NASTRAN provide a tool to transition between a shell-meshed region to another shell-meshed region as well as from a shell-meshed region to a solid-meshed region. Often, in practice shell elements are layered on shell elements or on solid elements without the use of interface elements. This is potentially inaccurate arising in mismatched degrees of freedom. In the case of a shell-to-shell interface, we consider the case in which the two regions have mismatched nodes along the boundary. Interface elements are used to connect these mismatched nodes. The interface elements are especially useful in global/local analysis, where a region with a dense mesh interfaces to a region with a less dense mesh. Interface elements are used to help avoid using special transition elements between two meshed regions. This is desirable since the transition elements can be severely distorted and cause poor results. Accurate results are obtained in shell-shell and shell-solid combinations. The most interesting result is that not using interface elements can lead to severe inaccuracies. This difficulty is illustrated by computing the stress concentration of a sharp elliptical hole.M.S.M.E.
Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering;
Engineering and Computer Science
Mechanical Engineering
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Adams, Leila. "Finite element method using vector finite elements applied to eddy current problems." Master's thesis, University of Cape Town, 2011. http://hdl.handle.net/11427/9992.
Full textAbstract:
Vector fields found in electromagnetics are fundamentally different to vector fields found in other research areas such as structural mechanics. Electromagnetic vector fields possess different physical behaviour patterns and different properties in comparison to the other vector fields and therein lies the necessity of the development of a finite element which would be able to cater for these differences . The vector finite element was then developed and used within the finite element method specifically for the approximation of electromagnetic problems. This dissertation investigates the partial differential equation that governs eddy current behaviour. A finite element algorithm is coded and used to solve this partial differential equation and produce vector field simulations for fundamental eddy current problems.
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Dietzsch, Julian. "Implementierung gemischter Finite-Element-Formulierungen für polykonvexe Verzerrungsenergiefunktionen elastischer Kontinua." Master's thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2017. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-217381.
Full textAbstract:
In der vorliegenden Arbeit wird ein gemischtes Element gegen Locking-Effekte untersucht. Dazu wird ein Fünf-Feld-Hu-Washizu-Funktional (CoFEM-Element) für lineare und quadratische Hexaeder-Elemente unter einer hyperelastischen, isotropen, polykonvexen sowie einer transversal-isotropen Materialformulierung implementiert. Die resultierenden nichtlinearen Gleichungen werden mithilfe eines Mehrebenen-NEWTON-RAPHSON-Verfahren unter Beachtung einer konsistenten Linearisierung gelöst. Als repräsentatives Beispiel der numerischen Untersuchungen dient der einseitig eingespannte Cook-Balken mit einer quadratischen Druckverteilung am Rand. Zur Beurteilung des CoFEM-Elements wird das räumliche Konvergenzverhalten für unterschiedliche Polynomgrade und für verschiedene Netze unter Beachtung der algorithmischen Effizienz untersuchtThis paper presents a mixed finite element formulation of Hu-Washizu type (CoFEM) designed to reduce locking effects with respect to a linear and quadratic approximation in space. We consider a hyperelastic, isotropic, polyconvex material formulation as well as transverse isotropy. The resulting nonlinear algebraic equations are solved with a multilevel NEWTON-RAPHSON method. As a numerical example serves a cook-like cantilever beam with a quadratic distribution of in-plane load on the Neumann boundary. We analyze the spatial convergence with respect to the polynomial degree of the underlying Lagrange polynomials and with respect to the level of mesh refinement in terms of algorithmic efficiency
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Góis, Wesley. "Método dos elementos finitos generalizados em formulação variacional mista." Universidade de São Paulo, 2004. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-14072006-112127/.
Full textAbstract:
Este trabalho trata da combinação entre a formulação híbrida-mista de tensão (FHMT) (Freitas et al. (1996)), para a elasticidade plana, com o método dos elementos finitos generalizados (MEFG), Duarte et al. (2000). O MEFG se caracteriza como uma forma não-convencional do método dos elementos finitos (MEF) que resulta da incorporação a este de conceitos e técnicas dos métodos sem malha, como o enriquecimento nodal proposto do método das nuvens hp. Como na FHMT são aproximados dois campos no domínio (tensão e deslocamento) e um no contorno (deslocamento), diferentes possibilidades de enriquecimento nodal são exploradas. Para a discretização do modelo híbrido-misto empregam-se elementos finitos quadrilaterais com funções de forma bilineares para o domínio e elementos lineares para o contorno. Essas funções são enriquecidas por funções polinomiais, trigonométricas, polinômios que proporcionam distribuição de tensões auto-equilibradas ou mesmo funções especiais relacionadas às soluções dos problemas de fratura. Uma extensão do teste numérico abordado em Zienkiewicz et al. (1986) é proposta como investigação inicial das condições necessárias para garantia de estabilidade da resposta numérica. O estudo da estabilidade é completado com a análise da condição de Babuka-Brezzi (inf-sup). Esta condição é aplicada nos elementos finitos quadrilaterais híbridos-mistos enriquecidos por meio de um teste numérico, denominado de inf-sup teste, desenvolvido com base no trabalho de Chapelle e Bathe (1993). Exemplos numéricos revelam que a FHMT é uma interessante alternativa para obtenção de boas estimativas para os campos de tensões e deslocamentos, usando-se enriquecimento sobre alguns nós de malhas pouco refinadasThis work presents a combination of hybrid-mixed stress model formulation (HMSMF) (Freitas et al. (1996)), to treat plane elasticity problems, with generalized finite element method (GFEM), (Duarte et al. (2000)). GFEM is characterized as a nonconventional formulation of the finite element method (FEM). GFEM is the result of the incorporation of concepts and techniques from meshless methods. One example of these techniques is the nodal enrichment that was formulated in the hp clouds method. Since two fields in domain (stress and displacement) and one in boundary (displacement) are approximated in the HMSMF, different possibilities of nodal enrichment are tested. For the discretization of the hybrid-mixed model quadrilateral finite elements with bilinear shape functions for the domain and linear elements for the boundary were employed. These functions are enriched with polynomial functions, trigonometric functions, polynomials that generate self-equilibrated stress distribution, or, even special functions connected with solutions of fracture problems. An extension of the numerical test cited in Zienkiewicz et al. (1986) is proposed as initial investigation of necessary conditions to assure the stability of the numerical answer. The stability study is completed with the analysis of the Babuka-Brezzi (inf-sup) condition. This last condition is applied to hybrid-mixed enrichment quadrilaterals finite elements by means of a numerical test, denominated inf-sup test, which was developed based on paper of Chapelle and Bathe (1993). Numerical examples reveal that HMSMF is an interesting alternative to obtain good estimates of the stress and displacement fields, using enrichment over some nodes of poor meshes
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Tseng, Gordon Bae-Ji. "Investigation of tetrahedron elements using automatic meshing in finite element analysis /." Online version of thesis, 1992. http://hdl.handle.net/1850/10699.
Full text
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Neto, Dorival Piedade. "Sobre estratégias de resolução numérica de problemas de contato." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-14072009-165646/.
Full textAbstract:
Os problemas de contato representam uma classe de problemas da mecânica dos sólidos para a qual a não-linearidade é introduzida pela alteração das condições de contorno, as quais só podem ser determinadas no decorrer do processo de resolução. O presente trabalho trata dos problemas de contato abordando aspectos de sua formulação e implementação numérica. Apresentam-se, em particular, as formulações de dois diferentes tipos de elemento de contato revendo-se, mais detalhadamente, o tratamento numérico das restrições decorrentes de contato. Algumas estratégias para resolução computacional desta classe de problemas, consistindo em técnicas de otimização, foram implementadas num programa computacional de elementos finitos e avaliadas comparativamente por meio de exemplos numéricos com diferentes graus de complexidade.Contact problems represent a class of solid mechanics problems for which the nonlinear behavior is caused by the change of the boundary conditions during the solution process. The present work treats contact problems observing aspects of its formulation and numerical implementation. Specifically, the formulation for two different contact elements is presented, analyzing, in details, the numerical formulation that results from the contact. Some strategies for the computational solution of this class of problems, given by optimization techniques, were implemented in a finite element computational program and were compared and evaluated by numerical examples with different levels of complexity.
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Fernandes, Daniel Thomas. "Métodos de Elementos Finitos e Diferenças Finitas para o Problema de Helmholtz." Laboratório Nacional de Computação Científica, 2009. http://www.lncc.br/tdmc/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=167.
Full textAbstract:
É bem sabido que métodos clássicos de elementos finitos e diferenças finitas para o problema de Helmholtz apresentam efeito de poluição, que pode deteriorar seriamente a qualidade da solução aproximada. Controlar o efeito de poluição é especialmente difícil quando são utilizadas malhas não uniformes. Para malhas uniformes com elementos quadrados são conhecidos métodos (p. e. o QSFEM, proposto por Babuska et al) que minimizam a poluição. Neste trabalho apresentamos inicialmente dois métodos de elementos finitos de Petrov-Galerkin com formulação relativamente simples, o RPPG e o QSPG, ambos com razoável robustez para certos tipos de distorções dos elementos. O QSPG apresenta ainda poluição mínima para elementos quadrados. Em seguida é formulado o QOFD, um método de diferenças finitas aplicável a malhas não estruturadas. O QOFD apresenta grande robustez em relação a distorções, mas requer trabalho extra para tratar problemas não homogêneos ou condições de contorno não essenciais. Finalmente é apresentado um novo método de elementos finitos de Petrov-Galerkin, o QOPG, que é formulado aplicando a mesma técnica usada para obter a estabilização do QOFD, obtendo assim a mesma robustez em relação a distorções da malha, com a vantagem de ser um método variacionalmente consistente. Resultados numéricos são apresentados ilustrando o comportamento de todos os métodos desenvolvidos em comparação com os métodos de Galerkin, GLS e QSFEM.It is well known that classical finite elements or finite difference methods for Helmholtz problem present pollution effects that can severely deteriorate the quality of the approximate solution. To control pollution effects is especially difficult on non uniform meshes. For uniform meshes of square elements pollution effects can be minimized with the Quasi Stabilized Finite Element Method (QSFEM) proposed by Babusv ska el al, for example. In the present work we initially present two relatively simple Petrov-Galerkin finite element methods, referred here as RPPG (Reduced Pollution Petrov-Galerkin) and QSPG (Quasi Stabilized Petrov-Galerkin), with reasonable robustness to some type of mesh distortion. The QSPG also shows minimal pollution, identical to QSFEM, for uniform meshes with square elements. Next we formulate the QOFD (Quasi Stabilized Finite Difference) method, a finite difference method for unstructured meshes. The QOFD shows great robustness relative to element distortion, but requires extra work to consider non-essential boundary conditions and source terms. Finally we present a Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) finite element method. To formulate the QOPG we use the same approach introduced for the QOFD, leading to the same accuracy and robustness on distorted meshes, but constructed based on consistent variational formulation. Numerical results are presented illustrating the behavior of all methods developed compared to Galerkin, GLS and QSFEM.
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Cardoso, Jose Roberto. "Problemas de campos eletromagnéticos estáticos e dinâmicos; Uma abordagem pelo método dos elementos finitos." Universidade de São Paulo, 1986. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-11072017-082059/.
Full textAbstract:
A ideia de realizar este trabalho surgiu durante do curso de pós-graduação, ministrado pelo Prof. M. Drigas, \"Tópicos especiais sobre máquinas elétricas\", realizado no 2º semestre de 1980 na EPUSP, onde foi observada a necessidade do conhecimento das distribuições de campos magnéticos em dispositivos eletromecânicos com o objetivo de se prever seu desempenho na fase de projeto. Nesta época, já havia sido apresentada a tese do Prof. Janiszewski, o primeiro trabalho, de nosso conhecimento realizado no Brasil nesta área, onde foi desenvolvida a técnica de resolução de problemas de Campos Magnéticos em Regime Estacionário, que, evidentemente, não pode ser aplicada na resolução de problemas onde a variável tempo está envolvida; baseado neste tese, em 1982 o Prof. Luiz Lebensztajn, reproduziu o trabalho do Dr. Janiszewski o qual foi aplicado para verificar a consistência dos resultados práticos na tese de Livre Docência do Prof.. Dr. Aurio Gilberto Falcone. As formulações mais frequentes do Método dos Elementos Finitos (MEF), publicada nos periódicos internacionais, são baseadas no Cálculo Variacional, onde o sistema de equações algébricas não linear resultante, é derivado a partir da obtenção do extremo de uma funcional que em algumas situações não pode ser obtida, limitando assim sua aplicação. Em decorrência deste fato, o primeiro objetivo deste trabalho foi organizar os procedimentos para obtenção do sistema de equações de MEF aplicado à resolução de problemas de campo descritos por equações diferenciais não lineares, sem a necessidade. Algumas contribuições interessantes são encontradas no Capítulo II, referente à formulação do MEF para problemas de campo descrito por operadores diferenciais não auto-adjuntos.No Capítulo III são apresentadas as técnicas de montagem das matrizes, bem como aquelas de introdução das condições de contorno, originárias deste método, que muito embora sejam técnicas de aplicação corriqueiras, ajudarão em muito o pesquisador iniciante nesta área, sem a necessidade de recorrer a outro texto. No Capítulo VI são apresentadas as formulações necessárias para a solução de problemas de campos eletromagnéticos estáticos, para elementos de quatro lados retos (e curvos) assim como a técnica utilizada na obtenção da relutividade em meios não lineares. No Capítulo V são tratados os problemas de campo, onde a variável tempo está envolvida, permitindo assim a resolução de uma série enorme de problemas referentes aos campos de natureza eletromagnética, tais como os fenômenos transitórios e o Regime Permanente Senoidal. Os aspectos computacionais ligados ao trabalho estão expostos no Capítulo VI, onde são apresentadas as rotinas de resolução do sistema de equações resultante adaptadas às particularidades do problema, e as rotinas de integração numérica de problemas descrito por equações diferenciais dependentes do tempo de primeira e segunda ordem. Algumas técnicas apresentadas nestes Capítulos, são aplicadas espe3cificamente para a obtenção da distribuição de campo magnético no Capitulo VII deste trabalho, com o objetivo de analisar o desempenho de um transformador em regime transitório, onde é confirmada a consistência do método.The idea of making this work came during a graduation course, \" Special topics on electric machines\", lectured by Prof. Dr. M. Drigas during the 2nd semester of 1980 at EPUSP, when the need of knowing the distribution of magnetic fields in electromechanics devices was notices, in order to foresse its performance during design. At that time, the first work about this subject realized made in Brazil was presented in prof. Janiszewski\'s thesis, where a technique was developed to solve Steady-State Magnetic Fields. However, it is clear that when the time variable is considered, this technique cannot be applied. The usual formulations of the Finite Element Method, published in international journals, was based on Variational Calculations, where the resulting non-linear algebraic equations system is derived from the extreme of a functional, which sometimes cannot be obtained, limiting in this way its application. Consequently, the first aim of this work is to organize procedures to obtain the Finite Method equations system, in order solve non-linear differential equations of fields, without the need of a previous functional for the problem. In Chapter II, one will find some interesting contributions referred to the Finite Element Method formulation, in the description of field problems by the use of non self-adjacent differentials operations.Matrix building techniques are presented in Chapter III, as well as the introduction of boundary conditions in this method. In spite of being an ordinary technique, it will help the beginners a lot, eliminating the need of other sources. Chapter IV presents the necessary formulations, which solve static electromagnetic fields for elements of four square (and curved) sides, and the technique used in the determination of non-linear media reluctivity. In Chapter V, the time variable of electromagnetic fields is treated, making possible the solution of problems of this nature, such as transient phenomena and sinusoidal steady-state. Computer aspects of the work are shown in Chapter VI, presenting resolution routines of the equation system fitted to the problem, and numeric integration routines described by first and second order differential equations, which depend on the time. Some techniques showed in those previous Chapters are specifically used in Chapter VII to obtain the magnetic field distribution, which analyses transformer performance during transients. The coherence of the method is also confirmed.
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Rosa, Alessandra Kiyoko da. "Estudo comparativo de formulações do MEC para análise da interação estaca-solo." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-04122013-144002/.
Full textAbstract:
Para uma análise mais exata do sistema estrutural, é necessário um estudo do comportamento interativo entre as diversas partes que o compõe, entre eles, destaca-se a interação entre os elementos de fundação e o maciço de solos. Neste trabalho foram desenvolvidas formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo via acoplamento entre diferentes métodos numéricos: método dos elementos de contorno, método dos elementos finitos e método das diferenças finitas. As estacas podem estar submetidas a carregamentos horizontais, verticais e momentos aplicados em seu topo. Nestas formulações foram utilizadas, além das equações integrais de deslocamentos, as equações de suas derivadas, levando a um grau maior de singularidade, porém permitindo a adoção de aproximações mais refinadas para os deslocamentos e tensões ao longo da estaca. Todos os deslocamentos e suas derivadas referentes à estaca foram compatibilizados com os correspondentes do solo. Desenvolvidas as formulações, feito o devido acoplamento entre eles, foram analisados exemplos, que foram comparados com os resultados obtidos por outros pesquisadores, demonstrando sua validade.For a more accurate analysis of the structural system, it is necessary to study the interactive behavior between the various parts that compose it, among them, there is the interaction between the foundation elements and massive soil. In this work, numerical formulations were developed for the analysis of pile-soil interaction by coupling between different numerical methods: the boundary element method, finite element method and finite difference method. Piles can be subjected to horizontal loads, vertical and moments applied on its top. In these formulations were used in addition to the displacement integral equations, the equations of their derivatives, leading to a higher degree of uniqueness but allowing the adoption of more sophisticated approaches to displacements and contact tractions along the pile. All displacements and their derivatives relating to the pile were matched with the corresponding soil. Developed formulations made due coupling between them were analyzed examples, which were compared with results obtained by other authors, demonstrating its validity.
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Grasso, Eva. "Modelling visco-elastic seismic wave propagation : a fast-multipole boundary element method and its coupling with finite elements." Phd thesis, Université Paris-Est, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00730752.
Full textAbstract:
The numerical simulation of elastic wave propagation in unbounded media is a topical issue. This need arises in a variety of real life engineering problems, from the modelling of railway- or machinery-induced vibrations to the analysis of seismic wave propagation and soil-structure interaction problems. Due to the complexity of the involved geometries and materials behavior, modelling such situations requires sophisticated numerical methods. The Boundary Element method (BEM) is a very effective approach for dynamical problems in spatially-extended regions (idealized as unbounded), especially since the advent of fast BEMs such as the Fast Multipole Method (FMM) used in this work. The BEM is based on a boundary integral formulation which requires the discretization of the only domain boundary (i.e. a surface in 3-D) and accounts implicitly for the radiation conditions at infinity. As a main disadvantage, the BEM leads a priori to a fully-populated and (using the collocation approach) non-symmetrical coefficient matrix, which make the traditional implementation of this method prohibitive for large problems (say O(106) boundary DoFs). Applied to the BEM, the Multi-Level Fast Multipole Method (ML-FMM) strongly lowers the complexity in computational work and memory that hinder the classical formulation, making the ML-FMBEM very competitive in modelling elastic wave propagation. The elastodynamic version of the Fast Multipole BEM (FMBEM), in a form enabling piecewise-homogeneous media, has for instance been successfully used to solve seismic wave propagation problems in a previous work (thesis dissertation of S. Chaillat, ENPC, 2008). This thesis aims at extending the capabilities of the existing frequency-domain elastodynamic FMBEM in two directions. Firstly, the time-harmonic elastodynamic ML-FMBEM formulation has been extended to the case of weakly dissipative viscoelastic media. Secondly, the FMBEM and the Finite Element Method (FEM) have been coupled to take advantage of the versatility of the FEM to model complex geometries and non-linearities while the FM-BEM accounts for wave propagation in the surrounding unbounded medium. In this thesis, we consider two strategies for coupling the FMBEM and the FEM to solve three-dimensional time-harmonic wave propagation problems in unbounded domains. The main idea is to separate one or more bounded subdomains (modelled by the FEM) from the complementary semi-infinite viscoelastic propagation medium (modelled by the FMBEM) through a non-overlapping domain decomposition. Two coupling strategies have been implemented and their performances assessed and compared on several examples
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Wang, Sili. "An ABAQUS Implementation of the Cell-based Smoothed Finite Element Method Using Quadrilateral Elements." University of Cincinnati / OhioLINK, 2014. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1416233762.
Full text
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Bravo, Victor. "Finite element simulation of flow in twin screw extruder mixing elements." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1998. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape11/PQDD_0005/NQ42727.pdf.
Full text
15
Suada, Muhamad Giri. "A finite element method for delamination initiation and growth using interface elements." Thesis, Imperial College London, 1997. http://hdl.handle.net/10044/1/11923.
Full text
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Weber, Marc Anton. "The study of creep in machine elements using finite element methods." Master's thesis, University of Cape Town, 1990. http://hdl.handle.net/11427/21954.
Full textAbstract:
Bibliography: pages 92-98.In this thesis a simplified analysis procedure is developed, in which creep laws are decoupled from damage laws, for the purposb of constructing methods of use in the early stages of high temperature design. The procedure is based on the creep and damage laws proposed by Kachanov and Rabotnov. The creep laws are normalised. with respect to a convenient normalising stress. As a consequence of this normalisation, the dependence of the creep law on the stress constant, the time and temperature functions, and the actual load level is removed. In addition, if the reference stress of the component is chosen as the normalising stress, the creep law becomes insensitive to the stress exponent. The non-dimensional creep laws are then implemented in a standard finite element scheme, from which the results of a stationary state creep analysis are then in non-dimensional form. In order to estimate rupture times, the maximum stationary stresses in a component are used together with the damage laws. Conservative failure criteria are derived from the creep and damage laws to extend the method to residual life assessment and damage monitoring. The procedure is illustrated and tested against simple examples and case studies.
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Octaviani, Cristiane Vitório [UNESP]. "Simulação numérica de escoamentos incompressíveis pelo método de elementos finitos com esquema de Separação Baseado na Característica (CBS)." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2013. http://hdl.handle.net/11449/88845.
Full textAbstract:
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Previous issue date: 2013-04-01Bitstream added on 2014-06-13T19:26:20Z : No. of bitstreams: 1
octaviani_cv_me_ilha.pdf: 1966568 bytes, checksum: f883f82b46613da6228b8b28a1809cfd (MD5)A simulação computacional de escoamentos de fluidos ou dinâmica de fluidos computacional (CFD) tem se constituído cada vez mais em uma ferramenta muito útil no projeto de equipamentos nos quais este tipo de processo está presente. Diversas técnicas computacionais têm sido desenvolvidas para este fim. Entre estas técnicas, o método de elementos finitos (FEM) tem ganhado espaço na solução de problemas, principalmente em domínios complexos. O método clássico de elementos finitos também denominado de método de elementos finitos de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de Chracteristic Based Split (CBS) e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos bidimensionais
The computer simulation of fluid flow or computational fluid dynamics (CFD) has been constituted in an increasingly useful tool in the design of equipment where this type of process is present. Several computational techniques have been developed for this purpose. Among those techniques, the finite element method (FEM) has gained importance in solving problems, especially in complex domains. The classic method of finite elements also called Galerkin finite element method (GFEM) is optimal for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of those techniques is known in the literature as Chracteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the GFEM when it is used to solve convective problems. In this work, the GFEM associated with CBS scheme is applied to simulation of two-dimensional flows
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Barbosa, Rodolfo dos Santos [UNESP]. "Projeto estrutural do cubo do rotor de uma turbina hidraúlica tipo Kaplan." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2013. http://hdl.handle.net/11449/97074.
Full textAbstract:
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barbosa_rs_me_guara.pdf: 1181057 bytes, checksum: c5662c02692da1fa2b849f6b72ca3b48 (MD5)Neste trabalho, uma revisão teórica é feita com o intuito de fornecer embasamento teórico ao projeto para estudar a viabilidade de implementar uma melhoria que é substituir o material do cubo do rotor de um aço carbono fundido (ASTM A 216 Gr.WCC) por uma liga de alumínio fundida (A 201.0), sendo analisadas todas as vantagens e desvantagens desta modificação. Foi utilizado o método dos elementos finitos para o cálculo do cubo do rotor de uma turbina hidráulica do tipo Kaplan. Projeto, cálculo e execução rigorosos são necessários para a concepção deste componente. Para isso, é desenvolvido um estudo de caso que contempla, passo a passo, a metodologia utilizada. Uma análise estrutural do cubo do rotor de uma turbina hidráulica tipo Kaplan é utilizada no estudo de caso
In this work, a theoretical review is done in order to provide theoretical basis for the project to study the viability of implementing an improvement that would replace the material of the rotor hub of a cast carbon steel (ASTM A 216 Gr.WCC) by a cast aluminum alloy (A 201.0), and analyzed the advantages and disadvantages of this modification. It's necessary using the Finite Element Method for calculating the rotor hub of a Kaplan hydraulic turbine. Design, calculation and execution are crucial to the design of this component. For this, it is developed a case study that includes step by step, the methodology used. The analysis of the rotor hub of a Kaplan hydraulic turbine be used in the case study
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Anchieta, Rodolfo Bruniera [UNESP]. "Avaliação das propriedades nanomecânicas e do comportamento micromecânico da interface dentina/adesivo antes e após a degradação hidrolítica: análises através de nanoindentação e método dos elementos finitos tridimensional." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2013. http://hdl.handle.net/11449/108879.
Full textAbstract:
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Previous issue date: 2013-09-13Bitstream added on 2014-08-27T15:57:09Z : No. of bitstreams: 1
000749616.pdf: 1874201 bytes, checksum: f55031c6690632c4ddc7fb5d5819e1ac (MD5)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
OBJETIVO: Avaliar a morfologia, a nanoinfiltração, o módulo de elasticidade e o comportamento micromecânico da interface dentina-adesivo (d-a) de espécimes submetidos à degradação, 24 horas após os procedimentos restauradores (T0), e 12 meses após armazenamento em solução de Hanks (T1). MATERIAL E MÉTODO: Cinco sistemas adesivos foram utilizados: SBMU – ScotchBond Multi-Uso; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up-Bond F; AEO – Adper Easy One; P90 – Adesivo autocondicionante P90. Cinquenta e dois terceiros molares humanos hígidos foram utilizados, 10 para cada grupo (n=10). Dois dentes foram utilizados para a análise da dentina. A espessura da CH e do adesivo, e o comprimentos dos tags foram mensurados no microscópio eletrônico de varredura (MEV). A nanoinfiltração na interface d-a foi avaliada em T0 e T1 através do MEV. Quinze indentações foram feitas em cada estrutura da interface d-a para cada tempo de análise, para se obter o módulo de elasticidade. Cinco modelos de um espécime em dentina, restaurado com resina composta (41x41x82 ?m), com dimensões e módulo de elasticidade baseados nos testes laboratorais, foram elaborados utilizando o programa SolidWorks 2010, representando os grupos em uma situação de união ideal, e para os 2 tempos de análise (T0 e T1). Utilizou-se o programa de elementos finitos foi utilizado (AnsysWorkbench 14.0) para obtenção da tensão máxima principal. O teste Anova e post-hoc Teste-T, empregando-se modelos lineares mistos foram usados para verificar a diferença estatística no teste de nanoinfiltração e nanoindentação. O teste de Anova e HolmSidak foi utilizado para análise das dimensões. RESULTADOS: A CH mais espessa e os tags mais longos ocorreram para o SBMU (p<0,05). Houve redução...
OBJECTIVE: To evaluate the morphology, nanoleakage, elastic modulus and micromechanical behavior of dentin-adhesive (d-a) interface of specimens subjected to degradation, 24 hours after restorative procedures (T0) and 12 months after storage in Hanks' solution (T1). MATERIAL AND METHODS: Five adhesive systems were used (5 groups): SBMP – Scotchbond Multi-Purpose; CSEB – Clearfil SE Bond; OUB – One-Up Bond F-; AEO – Adper Easy One; P90 – Self-etching adhesive P90. Fifty two human sound third molars were used, 10 teeth for each group (n=10). The other two teeth were used to analysis the dentin morphology. At least 4 fragments of d-a interface (specimens) were obtained in mesio-distal direction from each tooth. Fifteen indentations were done for each structure in each time of analysis. Five models of dentin restored with composite resin (41x41x82 mm) were built using the software SolidWorks 2010, representing the groups analyzed in the laboratory tests in an ideal scenario. Other two models per group were built simulating the two times of analysis (T0 and T1). The dimensions and mechanical properties of the models followed the data obtained in the laboratory tests. The numerical analysis was performed using the finite element (AnsysWorkbench 14.0) to obtain the maximum principal stress. Two-way Anova linear mixed models and post-hoc T-test were used to determine the statistical significance from nanoindentation and nanoleakage tests. The test One-way ANOVA and HolmSidak (p <0.05) were used for analysis of the SEM measurements. RESULTS: The thickest hybrid layer and bigger tags were found for SBMU (p<0.05). There were decrease in elastic modulus for HL and dentin for all groups (p<0.05). There were no decrease in elastic modulus on adhesive layer for SBMU and P90 (p>0.05). There increase of nanoleakage between T0...
FAPESP: 10/12926-7
FAPESP: 12/07012-17
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Santos, Tiago dos. "Implementação e avaliação de modelos constitutivos viscoplásticos em pequenas e grandes deformações utilizando o MEF." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2012. http://hdl.handle.net/10183/73034.
Full textAbstract:
No presente trabalho é descrita uma formulação para modelos constitutivos elastoviscoplásticos, considerando deformações infinitesimais e finitas. Os modelos são formulados em um contexto da termodinâmica de variáveis internas usando fundamentos de análise convexa. As equações de evolução são obtidas a partir do princípio da máxima dissipação, o qual desempenha um importante papel na abordagem adotada, a qual consiste na generalização do modelo reológico de Bingham. O problema constitutivo de valor inicial local é solucionado por um esquema de integração implícita combinado a um algoritmo de mapeamento de retorno. O problema de valor no contorno e inicial global, considerando casos quasi-estáticos, é solucionado por meio do método dos elementos finitos (MEF) empregando também um método de integração implícita. Esta estratégia é implementada empregando os modelos constitutivos viscoplásticos linear e não linear de Perzyna e o modelo de Perié. A implementação computacional é avaliada por meio da comparação dos resultados numéricos a soluções analíticas e também a problemas padrões disponíveis na literatura. Os resultados obtidos são importantes para avaliar o comportamento e as características dos modelos viscoplásticos na análise dos fenômenos de dependência da taxa de deformação e de relaxação de tensão. Embora os três modelos se mostrem adequados à captura destes fenômenos, uma atenção especial deve ser dada ao modelo não linear de Perzyna, pois este não recupera o modelo invíscido como um caso limite, além disso, apresenta mal condicionamento no algoritmo de mapeamento de retorno.In this work an elastic-viscoplastic constitutive formulation is described, considering infinitesimal and finite deformations. The models are formulated inside a thermodynamic with internal variables framework using fundamentais from convex analysis. The evolution equations are obtained from the maximum dissipation principie, which plays an important role on the approach adopted, which is the generalization of the Bingham rheological model. The local initial value problem is solved by an implicit integration scheme with a return mapping algorithm. The global initial boundary value problem is solved by the finite element method (FEM) also employing an implicit integration method. The strategy is implemented employing the linear and nonlinear Perzyna and the Perié viscoplastic models. The computational implementation is evaluated by comparing the numerical results with analytical solutions and with benchmarks available in the literature. The results obtained are important to evaluate the behavior and the characteristics of the models on the analysis of rate-dependency and stress relaxation. The three models were suitable to predict these phenomena. However, a special attention is needed on the nonlinear Perzyna model, because it does not recover the inviscid model as a limit case. Further, it presents ill-conditioning in the return mapping algorithm.
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Oliveira, Marcos Paulo de Carvalho. "Análise da influência de variantes do método de solução de escoamentos utilizando os métodos de elementos finitos com compressibilidade artificial e pseudo-características /." Bauru : [s.l.], 2007. http://hdl.handle.net/11449/136679.
Full textAbstract:
Orientador: Vicente Luiz ScalonBanca: Geraldo Luiz Palma
Banca: José Ricardo Figueiredo
Resumo: O desenvolvimento de modelos numéricos para simulação de escoamentos tem se dado em diversos aspectos: desde os métodos de acoplamento entre pressões e velocidades até as técnicas de estabilização da solução. Neste contexto, este trabalho se propõe a implementar e avaliar o comportamento de um destes algoritmos, o CBS, utilizando-o na simulação de um escoamento isotérmico de fluido incompressível. Para tanto, foram utilizados variantes do esquema de solução com relação à discretização no tempo, com os métodos explícito e semi-implícito, além de algumas outras alterações na discretização no espaço e nos termos de estabilização. A discretização geral do problema foi feita com o método dos elementos finitos utilizando-se uma malha formada por elementos bilineares. O algoritmo e suas variações foram avaliados através de uma série de resultados, para diversos valores do número de Reynolds, de um problema clássico: a cavidade recirculante. Desta forma, foi possível mostrar que todas as variações da solução usando a malha estabelecida apresentaram concordância satisfatória com os resultados da literatura. Além disto, verificou-se que a omissão do termo característico não apresentou diferenças significativas nos resultados para os valores de número de Reynolds testados. Os resultados mostraram também que o método semi-implícito converge com um menor número de incrementos de tempo que o método explícito.
Abstract: The development of numerical models for fluid flow simulation occurred at many aspects: since coupling methods between pressures and velocities until stabilization techniques. In this context, this work intends to implement and evaluate one algorithm behavior, the CBS, used in a simulation of incompressible and isothermal flows. This work also uses the explicit and semi-implicit methods of the time discretization scheme and some others changes in space discretization and stabilization terms for tests with algorithm. The discretization technique used is the finite element method with the mesh formed by bilinear elements. The algorithm's changes were evaluated using results for several Reynold's number in a classic problem: the lid-driven cavity. All the changes in solution algorithm with the used mesh show good agreement with other results from bibliography. It was verified too, that the omission of characteristics term didn't present significant differences in results with Reynold's number tested. It was observed yet that the solution code using the semi-implicit method converges with less time steps than the explicit one.
Mestre
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Oliveira, Ana Carolina Carius de. "Hierarchical modelling for the heat equation in a heterogeneous." Laboratório Nacional de Computação Científica, 2006. http://www.lncc.br/tdmc/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=68.
Full textAbstract:
In this dissertation, we study the stationary heat equation in a heterogeneous tridimensional plate, using a "dimension reduction" techinique called hierarchical modelling and we generate model the original problem in a two-dimensional domain. To estimate the error modelling, we develop an asymptotic expansion for the original problem solution and for the aproximate solution. Comparing both solutions with their own asymptotic expansions, we obtain an estimative of the error modelling. We perform some computational experiments, using the Residual Free Bubbles (RFB) Method and the Multiscale Finite Element Method for the diffusion problem and for the diffusion-reaction problem in a two-dimensional domain, with small parameters. Finally, we extend the numeric solutions found the original tridimensional problem.Neste trabalho, estudamos a equação do calor estacionária em uma placa heterogênea tridimensional. Para a modelagem deste problema, utilizamos uma técnica de redução de dimensão conhecida por Modelagem Hierárquica. Desta forma, geramos um modelo para o problema original em um domínio bidimensional. Com o objetivo de estimar o erro de modelagem, desenvolvemos a expansão assintótica da solução do problema original e da solução aproximada. Comparando as soluções com suas respectivas expansões assintóticas, obtemos uma estimativa para o erro de modelagem. Realizamos alguns experimentos computacionais, desenvolvendo o método Residual Free Bubbles (RFB) e o método de Elementos Finitos Multiescala (MEFM) para o problema de difusão e para o problema de difusão-reação em um domínio bidimensional, com parâmetros pequenos. Com base nestes experimentos, encontramos algumas soluções numéricas para o problema da placa tridimensional.
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Nasato, Daniel Schiochet. "Desenvolvimento de acoplamento númerico entre o método dos elementos discretos (DEM) e o método dos elementos finitos." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266925.
Full textAbstract:
Orientadores: José Roberto Nunhez, Nicolas SpogisDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-17T20:12:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nasato_DanielSchiochet_M.pdf: 8429075 bytes, checksum: 08b5ea34c892e0a82506be022a1613ee (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Este trabalho propõe um acoplamento entre o método dos elementos discretos (DEM), utilizado para simular o manuseio de materiais particulados, e o método dos elementos finitos (FEM), utilizado para estimar respostas estruturais a uma dada condição de carregamento. O acoplamento é de 1 via, onde as forças na estrutura calculadas pelo software de DEM são passadas ao software de FEM. Foi proposta uma validação numérica a fim de avaliar a precisão do acoplamento em passar as forças do software de DEM para o software de FEM. Apenas efeitos estáticos são avaliados neste primeiro teste. Uma validação experimental foi realizada utilizando-se medidas em um tanque de mistura, permitindo assim a captura de efeitos dinâmicos das partículas. Com o modelo desenvolvido e validado, foram realizadas simulações em um equipamento industrial utilizando os softwares de DEM e FEM e o acoplamento desenvolvido, como parte de um projeto realizado com uma empresa do setor de mineração
Abstract: This work proposes a coupling between the discrete element method (DEM), used to simulate bulk materials handling, and the finite element method (FEM), used to simulate structural response to a certain loading condition. It is a one-way coupling, where the forces in the structure calculated by the DEM software are sent to the FEM software. It was proposed a numerical validation in order to evaluate the precision of the coupling to pass the forces from the DEM to the FEM software. Only static effects are evaluated in this initial test. An experimental validation was done using data measured from a mixing tank, allowing dynamic effects to be considered. With the model developed and validated simulations were done in industrial equipment using DEM and FEM software and the developed coupling, as part of a project with a mining sector company
Mestrado
Desenvolvimento de Processos Químicos
Mestre em Engenharia Química
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Synn, Sang-Youp. "Practical domain decomposition approaches for parallel finite element analysis." Diss., Georgia Institute of Technology, 1995. http://hdl.handle.net/1853/17032.
Full text
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Simeitis, Sven D. "Vergleich von Simulationen mittels Pro/MECHANICA und ANSYS." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2011. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-68443.
Full textAbstract:
Gegenstand dieser Arbeit ist es, Simulationsergebnisse von Pro/MECHANICA und ANSYS zu vergleichen, um somit einen Hinweis auf die Qualität der Berechnungsergebnisse von integrierten FEM-Systemen zu bekommen. Als Beispiele dienen verschiedene Bauteile aus dem Gebiet der Strukturmechanik (linear-elastischer Bereich), welche mit Pro/MECHANICA und ANSYS modelliert und berechnet werden. Abschließend erfolgt eine Gegenüberstellung der Daten aus FEM und analytischer Rechnung, sowie eine Bewertung der Ergebnisse.
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Oshima, Sergio Takeo. "Uma combinação MEC/MEF para análise da interação de estacas inclinadas e o solo." Universidade de São Paulo, 2004. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-12082016-124110/.
Full textAbstract:
O presente trabalho apresenta uma formulação misto do MEC (Método dos Elementos de Contorno) e o MEF (Método dos Elementos Finitos). Nessa formulação, as estacas são modeladas através do MEF como elementos de barra e o solo através do MEC, como um meio contínuo, elástico linear, isótropo e homogêneo, utilizando as soluções fundamentais de MINDLIN (1936). Os sistemas de equações do solo e das estacas para elementos verticais são apresentados como uma combinação de ambos, originando um único sistema final de equações. Apresentam-se também as modificações necessárias para um sistema composto por estacas inclinadas. Após a resolução do sistema final, obtém-se os deslocamentos e as tensões de contato solo-estaca. A seguir, apresentam-se alguns exemplos numéricos obtidos a partir da formulação proposta e compara-se com modelos de outros autores.This work presents a hybrid formulation of BEM (Boundary Elements Method) and FEM (Finite Elements Method). In that formulation, the piles are modeled through FEM as bar elements and the soil through BEM, as an isotropic, homogeneous, semi-infinite and linear-elastic continuum, using the fundamental solutions of MINDLIN (1936). The systems of equations of the soil and of the piles for vertical elements are presented as a combination of both, originating a single final system of equations. Some modifications are accomplished for the system of inclinated piles. After the resolution of the final system, the displacements and the contact tensions between soil and pile are obtained. Numeric examples are obtained starting from the proposed formulation and to proceed they are compared with other authors\' models.
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Góis, Wesley. "Elementos finitos híbridos e híbrido-mistos de tensão com enriquecimento nodal." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-15062009-092448/.
Full textAbstract:
Neste trabalho, a técnica de enriquecimento da partição da unidade é estendida e adaptada para duas formulações não-convencionais para a elasticidade plana: a formulação híbrida de tensão (FHT) e a formulação híbrido-mista de tensão (FHMT). Estas formulações são ditas não-convencionais, pois não recorrem a princípios variacionais clássicos. Elementos finitos triangulares e quadrilaterais com enriquecimento nodal são desenvolvidos para avaliação da forma discreta das duas formulações estudadas. Na FHMT, três campos são aproximados de forma independente: tensões e deslocamentos no domínio e deslocamentos no contorno. O conceito de partição da unidade é então utilizado para garantir continuidade de cada um dos campos envolvidos na FHMT e realizar o procedimento de enriquecimento nodal. Funções polinomiais são utilizadas para enriquecer cada uma das aproximações dos campos da FHMT. A sensibilidade das respostas em relação a redes distorcidas é avaliada. Além disso, abordam-se aspectos relativos à convergência e estabilidade da solução numérica. Especificamente para a FHT, dois campos são independentemente aproximados: tensões no domínio e deslocamentos na fronteira estática. As aproximações das tensões, que por definição não estão atreladas a nós, devem primeiramente satisfazer a condição de equilíbrio no domínio. O conceito de partição da unidade é empregado, neste caso, para dar continuidade aos deslocamentos entre as fronteiras dos elementos. O enriquecimento polinomial da partição de unidade é então aplicado às aproximações dos deslocamentos no contorno. Para o campo de tensões no domínio, desenvolve-se uma técnica específica de enriquecimento nodal. Mais uma vez, aspectos relativos à sensibilidade à distorção de redes e convergência são estudados e avaliados. Finalmente, alguns exemplos numéricos são apresentados para ilustrar o desempenho de ambas as abordagens, especialmente quando a técnica de enriquecimento é aplicada.In the present work, the partition of unity enrichment concept is basically applied to non-conventional stress hybrid-mixed and hybrid formulations in plane elasticity. These formulations are referred to as non-conventional because no variational principles are explored. From these, triangular and quadrilateral finite elements with selective nodal enrichment are then derived. In the stress hybrid-mixed approach, three independent fields are approximated: stress and displacement fields in the domain and displacement fields on the static boundary. The partition of unity concept is then used to provide continuity to all the fields involved. Afterwards, the nodal enrichment feature is explored. Polynomial functions are employed to enrich each one of the approximation fields. Besides, some aspects concerning convergence and stability of the numerical solutions obtained are addressed. On the other hand, in the hybrid approach, two independent fields are approximated: stress fields in the domain and displacement fields on the static boundary. However, the approximation of the stress field must first satisfy the equilibrium condition in the domain without involving nodal values in its definition. Hence, the partition of unity concept is used to provide continuity of displacements between the boundaries of the elements. The partition of unity based nodal enrichment is then applied to the boundary displacement fields. Nevertheless, enrichment of the stress field can also be carried out with exploring a specific and original technique that permits applied the partition of unity concept but in such way as to preserve satisfaction of the equilibrium condition in the domain. Again, convergence and stability aspects of the hybrid approach are briefly addressed. Finally, some numerical examples are presented to illustrate the performance of both approaches derived, especially when combined possibilities of enrichment are explored.
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Lu, Chuan. "Generalized finite element method for electromagnetic analysis." Diss., Connect to online resource - MSU authorized users, 2008.
Find full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Michigan State University. Electrical and Computer Engineering, 2008.Title from PDF t.p. (viewed on Apr. 8, 2009) Includes bibliographical references (p. 148-153). Also issued in print.
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Souza, Charlton Okama de. "Formulação híbrida-Trefftz com enriquecimento seletivo: aplicação a problemas bidimensionais da elasticidade." Universidade de São Paulo, 2008. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-30062009-110011/.
Full textAbstract:
Este trabalho insere-se no âmbito das formulações não convencionais em elementos finitos. Particularmente, introduzem-se alguns aspectos do método dos elementos finitos generalizados (MEFG) e do clássico refino-p na consagrada formulação híbrida-Trefftz de tensão para a elasticidade bidimensional. A formulação apresentada aproxima diretamente dois campos independentes: o de tensões no domínio dos elementos e o de deslocamentos nas fronteiras dos elementos. Baseado na estrutura de enriquecimento centrada em nuvens, proposta pelo MEFG, podem ser selecionadas oportunamente regiões, formadas por um conjunto de elementos e fronteiras de elementos, onde o espaço da aproximação é adequadamente enriquecido mediante o refino-p. Neste contexto campos auto-equilibrados de tensões, derivados da solução da equação de Navier, são utilizados para compor a aproximação no domínio dos elementos, enquanto nas fronteiras dos elementos o campo de deslocamentos é construído a partir de bases específicas de aproximação; seja a base inicial, formada por funções de forma lineares, ou bases enriquecidas com polinômios hierárquicos, não hierárquicos e funções trigonométricas. Aborda-se também, ainda que preliminarmente, um estudo de painéis com múltiplas fissuras pelo método da partição em formulação híbrida-Trefftz com enriquecimento seletivo. As análises numéricas realizadas revelaram, em geral, uma formulação de ótimo desempenho, caracterizada por uma notável capacidade de aproximação dos campos de tensões e deslocamentos, elevada robustez numérica e reduzido dispêndio computacional.This work is inserted in the context of unconventional formulations in the finite elements method. Particularly, some aspects of the generalized finite elements method (GFEM) and the classic p-refinement are introduced in the well known hybrid-Trefftz stress formulation for the two dimensional elasticity. The presented formulation approximates two independent fields: the one of stresses in the elements domain and the one of displacements in the boundaries of the elements. Based on the enrichment structure centered in clouds, proposed by the GFEM, some regions, formed by a group of elements and boundaries of elements where the approximation space is adequately enriched by the p-refinement, can be opportunely selected. In this context, self-equilibrated stress fields, derived from the solution of the Navier equation, are used to compose the approximation in the elements domain, whereas the displacements field in the borders of the elements is built from specific approximation bases, that is, the initial base formed by linear shape functions, or, bases enriched with hierarchical polynomials, nonhierarchical ones and trigonometric functions. Also, although preliminarily, a study of the multiple-cracked panels is done using the Splitting Method with a hybrid-Trefftz formulation and a selective enrichment. The numeric analyses done revealed, in general, a high performance formulation characterized by a great capacity of approximation the stress fields and displacements, high numeric robustness and reduced computer expenditure.
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Fithen, Robert Miller. "Adaptive finite element simulation of incompressible viscous flow." Diss., This resource online, 1993. http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-06062008-170423/.
Full text
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Campos, Eduardo Felipe de. "Análise numérica e experimental de flambagem em cilindros de paredes finas." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2017. http://hdl.handle.net/11449/152471.
Full textAbstract:
Submitted by Eduardo Felipe de Campos null (eduardo81010@aluno.feis.unesp.br) on 2018-01-11T17:05:53Z
No. of bitstreams: 1
DISSERTACAO.pdf: 18831766 bytes, checksum: c62a5bf82a73cc4a7517b74b6a078fb4 (MD5)Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-01-11T18:55:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 campos_ef_me_ilha.pdf: 18831766 bytes, checksum: c62a5bf82a73cc4a7517b74b6a078fb4 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-01-11T18:55:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 campos_ef_me_ilha.pdf: 18831766 bytes, checksum: c62a5bf82a73cc4a7517b74b6a078fb4 (MD5) Previous issue date: 2017-08-15
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Estruturas de paredes finas são muito utilizadas na engenharia moderna devido sua boa relação entre peso e resistência. Sua aplicação vai desde obras civis, como cúpulas em edifícios e pontes, até estruturas aeronáuticas e equipamentos industriais. Uma geometria que é muito comum de ser encontrada nas estruturas de paredes finas são os cilindros, como pode ser observado no corpo dos aviões, tubulações e vasos de pressão. Submetidas a esforços compressivos, essas estruturas ficam suscetíveis ao fenômeno de instabilidade ou flambagem, podendo entrar em colapso repentinamente, mesmo antes de apresentar altas tensões. Assim, compreender o comportamento da instabilidade se torna crucial em um projeto de estruturas de paredes finas. Um dos fatores que influenciam no comportamento da instabilidade é a imperfeição geométrica da estrutura, e qualquer processo de fabricação possui erros associados ao processo. Para iniciar o estudo foi necessário medir os defeitos devido ao processo de fabricação do cilindro. Duas alternativas para realizar as medidas foram propostas, a primeira utilizando LVDTs, que medem a variação do raio do cilindro ao longo de toda sua extensão, e a segunda o fotoprocessamento. Ambos os métodos nos deram uma nuvem de pontos que foram processadas para obter a estrutura 3D CAD, possibilitando sua análise pelo método de elementos finitos e obtenção das respectivas cargas de flambagem numéricas. Além do método numérico foi realizado um ensaio experimental visando validar a análise numérica. O cilindro foi fechado com duas tampas e montado em uma bancada experimental, instrumentado com LVDTs, manômetro e por fim, uma bomba de vácuo foi ligada a uma das tampas. A bomba criou vácuo dentro do cilindro até o mesmo sofrer colapso. As cargas de flambagem numéricas foram superiores a encontrada experimentalmente em 14,48% a geometria foto, 11,72% da geometria LVDT e 39,98% a do cilindro referência. Os resultados mostram que as imperfeições geométricas são de grande relevância na resistência a instabilidade de uma estrutura, e também que grandes imperfeições geométricas tendem a ser o local onde ocorrem as ondas de flambagem. Em relação ao método de medição por fotoprocessamento os resultados mostram que é interessante estudar a técnica para aplicações na área de instabilidade.
Thin-walled structures are widely used in modern engineering because of their good weight-to-strength ratio. Its application ranges from civil works, such as domes in buildings and bridges, to aeronautical structures and industrial equipment. One geometry that is very common to be found in thin-walled structures is the cylinder, as can be seen in the body of airplanes, pipes and pressure vessels. Under compressive stresses, these structures are susceptible to the buckling phenomenon, which can suddenly collapse, even before presenting high stresses. Therefore, understanding the behavior of instability becomes crucial in designing thin-walled structures. One of the factors influencing the behavior of instability is the geometric imperfection of the structure, and any manufacturing process has errors associated with the process. To begin the study it was necessary to measure the defects due to the cylinder manufacturing process. Two alternatives to carry out the measurements were proposed, the first using LVDTs, which measure the variation of the cylinder radius along its length, and the second the photoprocessing. Both methods gave us a point cloud that were processed to obtain the 3D CAD structure, allowing its analysis by the finite element method and obtaining the respective numerical buckling loads. In addition to the numerical method, an experimental test was carried out to validate the numerical analysis. The cylinder was closed with two flat heads and mounted on an experimental bench, instrumented with LVDTs, manometer and finally, a vacuum pump was attached to one of the flat heads. The pump has created a vacuum inside the cylinder until it collapses. Numerical buckling loads were greater than that found experimentally at 14.48 % photo geometry, 11.72 % LVDT geometry and 39.98 % a reference cylinder. The results show that the geometric imperfections are of great relevance in the resistance to buckling of a structure, and also that great geometric imperfections tend to be the place where the buckling waves occur. Regarding the method of measurement by photoprocessing the results show that it is interesting to study the technique for applications in the area of instability.
CAPES: 1544963
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Boubenia, Sarah. "Générateurs piézoélectriques à base de nanofils piézo-semiconducteurs : modélisation, fabrication et caractérisation." Electronic Thesis or Diss., Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4038.
Full textAbstract:
La demande de nouvelles technologies de conversion d'énergie augmente considérablement. Elle a pour but d’offrir une durée de vie augmentée aux microsystèmes et garantir ainsi leur autonomie sans aucune intervention humaine. Dans cette thèse, nous exploitons les nanotechnologies pour le développement d’une nouvelle génération de récupérateurs d’énergie mécanique flexibles et robustes, à partir des matériaux piézoélectriques. Des études expérimentales et des simulations numériques ont été effectuées afin d’améliorer les performances des NanoGénérateurs PiézoElectriques (PENG). Le dispositif piézoélectrique actif choisi est à base de nanofils de ZnO, synthétisé via une voie de synthèse hydrothermale à faible coût et basse température, compatible avec l’utilisation de substrats souples. Des études ont été effectuées dans le but d’optimiser les propriétés des nanostructures piézoélectriques, tels que la densité de charge libre dans le semi-conducteur, mais aussi la densité surfacique et la morphologie des nanofils. Des PENGs flexibles sur substrat de polydiméthylsiloxane, ont également été fabriqués et soumis à une force de compression à basse fréquence, montrant une bonne reproductibilité des performances, avec une puissance moyenne de 0,25 µW sur une charge de 56 MΩ, pour une force de 6 N appliquée à la fréquence de 5 Hz. Cette thèse ouvre d’intéressantes perspectives de développement des systèmes de récupération d'énergie mécanique totalement flexibles pour un développement de microsystèmes autonomesThe demand for new technologies of energy conversion is dramatically increasing that can offer increased life to the micro-systems and also ensures their energy autonomy without any human intervention. By exploiting nanotechnologies, the present thesis focuses on the development of new generation of flexible and robust piezoelectric mechanical energy harvesters, from piezoelectric materials. Both experiment and theoretical simulation studies are performed to improve the performance of PiezoElectric NanoGenerators (PENGs). The active piezoelectric material, ZnO nanowires, are synthesized via cost-effective and low-temperature hydrothermal synthesis route, compatible with different types of flexible substrates. Studies have been carried out in order to optimize the properties of piezoelectric material properties such as effect of free charge density in semiconductor, density and morphology of nanowires. Flexible PENGs on a polydimethylsiloxane substrate are also manufactured and subjected to a low frequency compression force, showing good performance reproducibility, with an average power of 0,25 µW on a load of 56 MΩ, for an applied force of 6 N at the frequency of 5 Hz. This thesis can open up interesting opportunities to develop fully flexible mechanical energy recovery systems for the development of autonomous micro systems
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Cecílio, Diogo Lira 1983. "Modelagem e simulação elastoplástica em elementos finitos." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/258710.
Full textAbstract:
Orientador: Philippe Remy Bernard DevlooDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-18T01:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cecilio_DiogoLira_M.pdf: 5163879 bytes, checksum: 102fa941f977c8a36107d3d37f05c5af (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Este estudo revisa os fundamentos da teoria da plasticidade incremental em uma formulação elastoplástica do comportamento no ponto material e sua ligação com o método dos elementos finitos. Documenta a implementação na linguagem de programação C++ dos modelos elastoplásticos de Drucker-Prager, Mohr-Coulomb e von Mises. É realizado uma série de simulações de carregamento uniaxial para os modelos implementados e finalmente solucionados três problemas elastoplásticos em elementos finitos. Em cada um dos problemas resolvidos foi utilizado o modelo elastoplástico adequado ao material do problema em questão. Os problemas solucionados foram todos em estado plano de deformação e consistiram em: i) um ensaio de compressão diametral; ii) um problema de estabilidade de taludes; iii) e um tubo de aço pressurizado internamente. A implementação da formulação elastoplástica foi validada comparando os resultados das simulações com os da literatura
Abstract: This work reviews the fundamentals of the theory of plasticity in an incremental formulation of the elastoplastic behavior at a material point and its connection with the finite element method. It documents the implementation of the elastoplastic models of Drucker-Prager, Mohr-Coulomb and von Mises in the programming language C++. A series of simulations of uniaxial loading models are carried out and three problems in elastoplastic finite element method are solved. In each of the modeled cases the most appropriate elastoplastic model among those implemented is employed. The problems were solved in plane strain state and comprise: i) a diametral compression test of concrete or Brazilian Disc Test; ii) a problem of slope stability; iii) and an internally pressurized vessel. The implementation of the elastoplastic formulation was validated by comparing the simulation results with the results from the literature
Mestrado
Estruturas
Mestre em Engenharia Civil
34
Sotto-Maior, Bruno Salles 1981. "Influência dos fatores protéticos em implantes curtos e análise da distribuição de tensão proveniente dos torques de inserção." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/288068.
Full textAbstract:
Orientador: Altair Antoninha Del Bel CuryTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba
Made available in DSpace on 2018-08-18T14:29:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sotto-Maior_BrunoSalles_D.pdf: 741251 bytes, checksum: 2ebe371e794a4ee4163f50485af657a2 (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Os implantes curtos são uma alternativa terapêutica para rebordos reabsorvidos. Entretanto, em regiões posteriores atróficas apresentam maior risco biomecânico, devido às coroas protéticas mais longas decorrente do aumento do espaço inter-maxilar. Com objetivo de compensar a biomecânica desfavorável é aconselhável utilizar materiais restauradores menos rígidos, sistemas de retenção da prótese que facilitem a dissipação de tensões e uso de implantes com diâmetros maiores. Contudo, a influência desses fatores protéticos e o torque de inserção na concentração de tensões não está claramente esclarecida. Assim, os objetivos deste trabalho foram avaliar por meio do método dos elementos finitos tridimensional: I) A influência dos fatores protéticos (proporção coroa-implante (C/I), sistema de retenção da prótese, material restaurador e tipo de carregamento oclusal) na concentração de tensões nas regiões do osso cortical, medular, parafuso protético e no implante de prótese unitária suportada por implante curto; II) Avaliar a influência de diferentes torques de inserção na distribuição de tensão e deformação do osso cortical e medular. Para o primeiro objetivo foram criados 32 modelos da parte posterior de uma mandíbula atrófica. Cada modelo recebeu uma coroa metalocerâmica ou cerâmica pura, cimentada ou parafusada, sobre um implante de 7 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro na região de primeiro molar. A proporção coroa-implante variou 1:1, 1.5:1, 2:1 ou 2.5:1. Os modelos foram carregados simulando uma oclusão normal ou traumática. Após o teste de convergência a 5% para determinar o refinamento da malha à análise numérica foi realizada com o programa Ansys Workbench 10.0®. A tensão máxima principal (?max) para o osso cortical e osso medular e a tensão de von Mises (?vM) para o implante e parafuso protético foram obtidos e submetidos à análise da variância. Para o segundo objetivo, seis modelos da pré-maxila foram construídos com um implante e carregados com 30, 40, 50, 60, 70 ou 80 Ncm de toque de inserção. A ?max e a deformação máxima principal (?max) foram obtidos para o osso cortical e medular. O teste de correlação de Pearson foi utilizado para determinar a correlação entre torque de inserção e a concentração de tensões e deformações no tecido ósseo periimplantar. Como resultados, observou-se que a oclusão traumática e o aumento da proporção C/I aumentaram significativamente a concentração de tensão no osso cortical, osso medular, parafuso protético e no implante. O sistema de retenção apresentou influência significativa (p<0.02) na concentração de tensão, porém menor do que a oclusão e a proporção C/I. As próteses parafusadas apresentaram maiores tensões quando comparadas as próteses cimentadas em todas as regiões avaliadas. A concentração de tensão não foi afetada pelo material restaurador. Para o segundo objetivo observou-se que o aumento do torque de inserção aumenta a ?max e ?max para o osso cortical e medular. Conclui-se que o tipo de carregamento oclusal foi o fator avaliado que mais influenciou na concentração de tensão em prótese unitária suportada por implante curto e que torques de inserção de maior magnitude aumentam as concentrações de tensão e deformação no tecido ósseo periimplantar
Abstract: The short implants are an alternative treatment for edges reabsorbed. However, using short implant at the posterior atrophic mandibular has showed higher biomechanical risk due to higher crown following to the increase of inter-maxillary space. Aiming to offset the unfavorable biomechanics is advisable to use less rigid restorative materials, retention system for the prosthesis to facilitate the stress distribution and use of implants with larger diameters. However, the influences of these prosthetic factors and insertion torque on stress concentration are not clearly understood. Thus, the objectives were to evaluate by tridimensional finite element method the influence of: I) crown-to-implant (C/I) ratio, retention system, restorative material and occlusal loading on stress concentrations within a single posterior crown supported by a short implant; II) different insertion torques on the stress and strain distribution in cortical and cancellous bones. For the first objective, thirty-two finite element models of an atrophic posterior edentulous mandible were created. Each model received a metal-ceramic crown, cemented or screwed, over a single external hexagon implant with 7 mm length and 5 mm diameter at the first molar region. The C/I ratio ranged from 1:1, 1.5:1, 2:1 to 2.5:1. The models were loaded by simulating a normal and traumatic occlusion. After the convergence analysis of 5% to mesh refinement, the numerical analysis was performed on Ansys Workbench 10.0® software. The maximum principal stress for cortical and cancellous bone and von Mises stress (?vM) for the implant and abutment screw were computed and analyzed using analysis of variance. For the second objective, six models were built and each of them received an implant with one of the following insertion torques: 30, 40, 50, 60, 70 or 80 Ncm. The ?max and the maximum principal strain (max) were obtained for cortical and cancellous bone. Pearson's correlation test was used to determine the correlation between insertion torque and stress concentration in the periimplant bone tissue. The results showed that traumatic occlusion and increasing C/I ratio significantly increased the stress concentration in cortical bone, cancellous bone, implant and prosthetic screw. The prosthetic retention system significantly influenced the stress concentration, but at a lower level than the C/I ratio or occlusal loading. The screw-retained prosthesis displayed higher stress levels than the cement-retained prosthesis in all components. The stress concentration was not affected by the restorative material. For the second objective, the increase in the insertion torque generated an increase in the ?max and ?max values for cortical and cancellous bone. It is concluded that occlusion is main factor that most influences the stress concentration at the implant prosthodontic supported by short and high insertion torques that increase concentrations of stress and strain in the peri-implant bone tissue
Doutorado
Protese Dental
Doutor em Clínica Odontológica
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Furlan, Felipe Adolvando Correia. "Métodos locais de integração explícito e implícito aplicados ao método de elementos finitos de alta ordem." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/263464.
Full textAbstract:
Orientador: Marco Lucio BittencourtDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-18T15:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Furlan_FelipeAdolvandoCorreia_M.pdf: 1842661 bytes, checksum: 69ed6fc529cf4f757f3c8a2f42e20518 (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: O presente trabalho apresenta algoritmos locais de integração explícitos e implícitos aplicados ao método de elementos finitos de alta ordem, baseados na decomposição por autovetores das matrizes de massa e rigidez. O procedimento de solução é realizado para cada elemento da malha e os resultados são suavizados no contorno dos elementos usando a aproximação por mínimos quadrados. Consideraram-se os métodos de diferença central e Newmark para o desenvolvimento dos procedimentos de solução elemento por elemento. No algoritmo local explícito, observou-se que as soluções convergem para as soluções globais obtidas com a matriz de massa consistente. O algoritmo local implícito necessitou de subiterações para alcançar convergência. Exemplos bi e tridimensionais de elasticidade linear e não linear são apresentados. Os resultados mostraram precisão apropriada para problemas com solução analítica. Exemplos maiores também foram apresentados com resultados satisfatórios
Abstract: This work presents explicit and implicit local integration algorithms applied to the high-order finite element method, based on the eigenvalue decomposition of the elemental mass and stiffness matrices. The solution procedure is performed for each element of the mesh and the results are smoothed on the boundary of the elements using the least square approximation. The central difference and Newmark methods were considered for developing the element by element solution procedures. For the local explicit algorithm, it was observed that the solutions converge for the global solutions obtained with the consistent mass matrix. The local implicit algorithm required subiterations to achieve convergence. Two-dimensional and three-dimensional examples of linear and non-linear elasticity are presented. Results showed appropriate accuracy for problems with analytical solution. Larger examples are also presented with satisfactory results
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica
36
Sanches, Renato Picelli 1987. "Otimização estrutural evolucionária usando malhas hexagonais." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265152.
Full textAbstract:
Orientador: Renato PavanelloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
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Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada em muitos campos da engenharia. Diversos métodos de otimização topológica (MOT) têm sido desenvolvidos a partir da consolidação do método dos elementos finitos e da evolução das capacidades computacionais. Dentre os diversos métodos, o método denominado de Otimização Estrutural Evolucionária (ESO - Evolutionary Structural Optimization) tem se consolidado na área através da aplicação de estratégias heurísticas na análise do modelo estrutural. Esse método se baseia na eliminação sucessiva de elementos em uma malha de elementos finitos que cobre o espaço de soluções definido inicialmente. Atualmente, a otimização evolucionária conta com a versão bidirecional (BESO - Bidirectional ESO) em que os elementos não são apenas eliminados, mas também adicionados ao domínio inicial. Um dos problemas comuns aos métodos de otimização topológica é o Tabuleiro de Xadrez, que consiste na obtenção de soluções intermediárias com padrões sólido-vazios alternados que sub ou supervalorizam a rigidez da estrutura e divergem da solução ótima. Como soluções para este problema, são utilizados elementos finitos de alta ordem, filtros e a aplicação de malhas hexagonais. Entretanto, as duas primeiras opções implicam no aumento do custo computacional. Neste trabalho, investiga-se o uso de malhas hexagonais nos métodos ESO/BESO, cuja metodologia ainda não foi explorada nos métodos evolucionários. Além de eliminar o Tabuleiro de Xadrez, as malhas hexagonais possibilitam a obtenção de topologias com contornos mais suaves e livres de conexões por apenas um nó. São implementados os métodos ESO em critérios de tensão e rigidez, ESO em otimização de forma e o método BESO para critério baseado em rigidez. A aplicação de malhas hexagonais é investigada em todos esses casos
Abstract: The Structural Topology Optimization technique has been applied in many fields of engineering. Several optimization methods have been developed with the Finite Element Method consolidation and the evolution of computational capabilities. Among many techniques, Evolutionary Structural Optimization (ESO) has been consolidated in the area through the successive application of heuristic strategies in the structural analysis. This method is based on a rule of successive elimination of elements in a finite element mesh that covers the feasible solution space defined initially. The Bidirectional Evolutionary Structural Optimization method (BESO) was recently proposed, in which the elements are not only eliminated but also added to the initial domain. One of the common problems in topology optimization methods is the checkerboard that consists in obtaining intermediate solutions with solid-void alternated patterns that under or overvalue the stiffness of the structure and diverges from the optimum solution
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica
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Vicente, William Martins 1980. "Otimização topológica evolucionária aplicada a sistemas elasto-acústicos." [s.n.], 2013. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265076.
Full textAbstract:
Orientador: Renato PavanelloTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica.
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Resumo: A aplicação de otimização estrutural a sistemas multifísicos fluido-estrutura vem recebendo grande interesse da comunidade científica nos últimos anos. Entretanto, a abordagem evolucionária dos métodos de otimização ainda não foi explorada para essa classe de problemas. O presente trabalho dedica-se à proposição, implementação e validação de um método de otimização topológica evolucionária para sistemas elasto-acústicos. Neste trabalho, a análise por elementos finitos dos sistemas propostos é feita utilizando a formulação mista us - pf, na qual o domínio estrutural é governado pela equação linear da elasticidade e descrito em termos do deslocamento, us, e o domínio fluido é caracterizado pela equação de Helmholtz através da variável primária de pressão, pf. O método BEFSO (BEFSO - Bi-directional Evolutionary Fluid-structural Optimization) aqui proposto segue a sistemática dos métodos evolucionários nos quais a retirada/adição de material no sistema ocorre de forma discreta, ou seja, a densidade do material, que é a variável de projeto, assume os valores 1 ou 0 para elementos sólidos ou vazios, respectivamente. Como parte da metodologia proposta é desenvolvido um procedimento para a retirada/adição de material sólido no sistema de forma a manter a interface entre os domínios definida durante todo o processo otimização. São apresentados exemplos de otimização para sistemas elasto-acústicos 2D e 3D os quais permitem comprovar a eficiência dos procedimentos de otimização desenvolvidos e implementados nesse trabalho, assim como a viabilidade para solução de problemas de engenharia
Abstract: The application of structural optimization to fluid-structure multiphysics systems has gotten huge attention of the researches in the last years. However, the evolutionary approach of the optimization methods has not been investigated in this class of problems. The present work aims to propose, implement, and validate an evolutionary topology optimization for elasto-acoustic systems. In this work, a finite element analysis of the proposed systems is carried out using the us - pf mixed formulation. The structural domain is governed by the linear equation of elasticity and described in terms of the displacements, us, and the fluid domain is featured by the Helmholtz equation via the primary variable of pressure, pf . The BEFSO (Bi-directional Evolutionary Fluid-structural Optimization) method, here proposed, follows the procedure of the evolutionary methods in which the material removal/addition in the system occurs in the discrete way. It means that the material density, the variable project, can be 1 or 0 for solid or void elements, respectively. As part of the proposed methodology, it is developed a procedure to remove/add solid materials in the system in order to keep the interface between the domains well defined during the optimization process. Examples of optimization for 2D and 3D elasto-acoustic systems are presented, through which can be verified the efficiency of the optimization procedure developed and implemented in this work, as well the feasibility for engineering problems solution
Doutorado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Doutor em Engenharia Mecânica
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Sabino, Éder Murilo Parizzoto 1989. "Geração de estruturas em cascas de formas livres e analíticas de plantas poligonais regulares." [s.n.], 2013. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/258665.
Full textAbstract:
Orientador: Isaias VizottoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-23T22:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sabino_EderMuriloParizzoto_M.pdf: 7896923 bytes, checksum: 2e32d4c45ba75ad01db9a7b23cb8cb93 (MD5) Previous issue date: 2013
Resumo: Esse trabalho foi inspirado principalmente em obras projetadas por Heinz Isler e Félix Candela, e apresenta uma contribuição ao pré-processamento e geração computacional de cascas otimizadas de formas livres e cascas de formas analíticas. São abordados dois modelos de concepção de estruturas para cobertura: as cascas de formas livres, geradas a partir da simulação computacional de modelos físicos experimentais em que as superfícies médias não podem ser descritas por meio de funções matemáticas; e as definidas por formas analíticas ou geométricas, em que as superfícies médias podem ser determinadas por funções analíticas através de modelos de geração por processos de translação ou revolução. O objetivo principal é a concepção de estruturas em cascas em concreto por meio de modelo computacional de geração otimizada de formas com a aplicação do Método dos Elementos Finitos e técnicas de programação matemática, com a proposição de metodologias computacionais de pré-processamento para geração da malha inicial de elementos finitos e a posterior obtenção de estruturas em cascas de formas livres e analíticas. São propostos modelos para geração de malhas de estruturas em cascas de formas livres com projeções poligonais regulares e quadriláteras com arestas retas e/ou parabólicas. As malhas planas que constituem membranas finas e flexíveis, através da ação do peso próprio da membrana ou da aplicação de pressão sobre as superfícies com quaisquer configurações de apoios, são utilizadas para geração de cascas de formas livres por meio de um programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e que também podem ser geradas por meio do software ANSYS. A geração das formas analíticas tridimensionais das estruturas em cascas é realizada através de curvas diretrizes e geratrizes a partir das malhas planas. Variando-se alguns parâmetros obtêm-se composições de paraboloides hiperbólicos, paraboloides elípticos, cilindros parabólicos, etc. Após a geração das formas tridimensionais, são realizadas análises estruturais de algumas estruturas em cascas de concreto armado observando os estados de tensão das estruturas. Diversas estruturas são geradas e os resultados obtidos apresentados
Abstract: This work was mainly inspired in structures designed by Heinz Isler and Félix Candela, and it presents a contribution to preprocessing and computational generation of optimized free-form shells and the analytical shells. Two models of conceptions of roofs structures are discussed: the free-form shells, generated by computational simulation of the experimental physical models, and the structures defined by analytical functions. The middle surfaces of the first model cannot be determined by analytical equations. On the second model, however, they can be generated by translational and revolution processes. The main objective is the conception of concrete shell structures using a computational model to generate optimized shapes with the application of the Finite Element Method and mathematical programming techniques. Computational methodologies for the generation of the finite elements initial mesh and the obtention of the freeform shells and analytical shells structures are proposed. Models are proposed for the meshing of the free-form shells structures with either regular polygonal projections or quadrilateral with straight and / or parabolic edges. Properties of thin and flexible membranes are attributed to the planar meshes with any support configuration. Free form shells are generated using a software developed by Vizotto (1993) which is able to generate free-form shells by applying pressure on the surfaces or by the action of the membrane's own weight. Free form shells can also be generated using the software ANSYS. As a result, the three-dimensional shapes of the shells are obtained. From the plane meshes obtained the three-dimensional shapes of the analytical form shells are determined through guidelines and generatrices curves. By varying some parameters compositions of hyperbolic paraboloids, elliptic paraboloids, cylinders parabolic, etc, are obtained. After the generation of three-dimensional shapes, structural analyses of some reinforced concrete shell structures are performed and the tension states of the structures are observed. Several structures are generated and the results obtained are presented
Mestrado
Estruturas e Geotécnica
Mestre em Engenharia Civil
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Sant'Anna, Guilherme Mauad 1988. "Análise do campo elétrico nas proximidades de uma junção tripla : metal - vácuo - dielétrico, através de simulações computacionais das equações de Maxwell." [s.n.], 2014. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/259570.
Full textAbstract:
Orientadores: Marco Antonio Robert Alves, Edmundo Silva BragaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
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Resumo: Neste trabalho, foi estudado o comportamento do campo elétrico nas proximidades de uma junção tripla composta de metal, vácuo e dielétrico, utilizando simulações computacionais. Através do modelo bidimensional da junção obtido no software MAXWELL - ANSYS, foi possível analisar as magnitudes dos campos elétricos em função dos ângulos de contato dos materiais. Os resultados mostraram que um enriquecimento de campo ou uma redução de campo podem ocorrer nas regiões próximas a junção tripla para certas razões entre os ângulos de contato. A influência da permissividade relativa do dielétrico no enriquecimento de campo também é estudada, e os resultados mostram que o ganho máximo do campo elétrico devido a este fenômeno é proporcional a permissividade relativa do dielétrico utilizado na junção. Uma saturação no valor de pico do enriquecimento foi manifestada nos resultados desta pesquisa, a medida que a permissividade relativa do dielétrico aumentava a sua magnitude. Esta saturação parece estar relacionada ao fato de que o incremento da tensão aplicada não provoca mudanças substanciais nos valores da permissividade do dielétrico
Abstract: In this work, the electric field behavior in the vicinity of a triple junction, composed by metal, vacuum and dielectric parts, was studied using computational simulations. Through a bi-dimensional model of the junction designed in the software ANSYS MAXWELL, it was possible to analyze the electric field magnitude in function of the contact angles of the materials. The results showed that a field enhancement or a field reduction could happen in the vacuum near the triple junction, for certain values of the vacuum and dielectric contact angles. The influence of the dielectric permittivity in the phenomena was also investigated, and the conclusions showed that the maximum electric field enhancement from the triple junction effect is proportional to the dielectric permittivity of the dielectric portion. Saturation in the peak value of the field enhancment was manifested in the results of this research, as the relative permittivity of the dielectric increased its magnitude. This saturation is related to the fact that the increase of the applied voltage does not cause substantial changes in the values of the dielectric permittivity
Mestrado
Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica
Mestre em Engenharia Elétrica
40
Santos, Caio Fernando Rodrigues dos 1986. "Orthogonal and minimum energy high-order bases for the finite element method = Bases ortogonais de alta ordem e de mínima energia para o método de elementos finitos." [s.n.], 2015. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265837.
Full textAbstract:
Orientador: Marco Lúcio BittencourtTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-26T18:11:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CaioFernandoRodriguesdos_D.pdf: 60307032 bytes, checksum: 4e05fc37f22f1d9206fa3c5665d9bc34 (MD5) Previous issue date: 2015
Resumo: Nesse trabalho apresentamos os procedimentos de construção de bases para o Método de Elementos Finitos (MEF) de alta ordem considerando o procedimento de diagonalização simultânea dos modos internos da matriz de massa e rigidez unidimensionais e a ortogonalização dos modos de contorno usando procedimentos de mínima energia. Nesse caso, os conceitos de ortogonalização de mínima energia são usados como uma maneira eficiente de se construir modos de contorno ortogonais aos modos internos das funções de forma $1D$. Novas funções de forma unidimensionais para o MEF de alta ordem são apresentadas para a construção de bases simultaneamente diagonais de mínima energia para o operador de Helmholtz. Além disso, um procedimento para o cálculo das matrizes de massa e rigidez $2D$ e $3D$, como combinação dos coeficientes unidimensionais das matrizes de massa, rigidez e mista é apresentado para elementos quadrilaterais e hexaédricos distorcidos em problemas de projeção, Poisson, estado plano e estado geral em problemas de elasticidade linear. O uso de procedimentos via matrizes unidimensionais permite obter um speedup significativo em comparação com o procedimento padrão, para malhas distorcidas e não distorcidas. Com esse procedimento, é possível armazenar apenas as funções de forma unidimensionais e suas derivadas calculadas nos pontos de integração unidimensionais gerando uma redução no consumo de memória. O desempenho das bases propostas foi verificado através de testes numéricos e os resultados comparados com aqueles usando a base padrão com polinômios de Jacobi. Características como esparsidade, condicionamento numérico e número de iterações usando o método dos gradientes conjugados com precondicionador diagonal também são investigados. Além disso, investigamos o uso da matriz de massa local, utilizando bases simultaneamente diagonais de mínima energia, como pré-condicionador. Os resultados foram comparados com o uso do precondicionador diagonal e SSOR (Symmetric Successive Over Relaxation)
Abstract: In this work we present construction procedures of bases for the high-order finite element method (FEM) considering a procedures for the simultaneous diagonalization of the internal modes of the one-dimensional mass and stiffness matrices and orthogonalization of the boundary modes using minimum energy procedure. The concepts of minimum energy orthogonalization are used efficiently to construct one-dimensional boundary modes orthogonal to the internal modes of the shape functions. New one-dimensional bases for the high-order FEM are presented for the construction of the simultaneously diagonal and minimum energy basis for the Helmholtz norm. Furthermore, we present a calculation procedure for the $2D$ and $3D$ mass and stiffness matrices, as the combination of one-dimensional coefficients of the mass, stiffness and Jacobian matrices. This procedure is presented for quadrilateral and hexahedral distorted elements in projection, Poisson, plane state and general linear elasticity problems. The use of the one-dimensional matrices procedure allows a significant speedup compared to the standard procedure for distorted and undistorted meshes. Also, this procedure stores only one-dimensional shape functions and their derivatives calculated using one-dimensional integration points, which generates a reduction in memory consumption. The performance of the proposed bases was verified by numerical tests and the results are compared with those using the standard basis using Jacobi polynomials. Sparsity patterns, condition numbers and number of iterations using the conjugate gradient methods with diagonal preconditioner are also investigated. Furthermore, we investigated the use of the local mass matrix using simultaneously diagonal and minimum energy bases as preconditioner to solve the system of equations. The results are compared with the diagonal preconditioner and Symmetric Successive Over Relaxation (SSOR)
Doutorado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Doutor em Engenharia Mecânica
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Pinheiro, Eduardo Gonçalves. "Modelos numéricos aplicados à vulcanização de pneus." Universidade de São Paulo, 2001. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-25082003-090611/.
Full textAbstract:
A vulcanização é um processo termo-químico aplicado aos polímeros elastoméricos, também chamados de borrachas. Devido à vulcanização, as borrachas adquirem propriedades físicas que as tornam adequadas a várias aplicações mecânicas, entre estas, se destaca aquela desempenhada pelo componente automotivo pneu. Durante a vulcanização as moléculas do elastômero são unidas em vários pontos através de ligações cruzadas. Isso ocorre através do aquecimento da borracha adicionada de enxofre. O correto dimensionamento do tempo que o calor deve ser transferido ao composto de borracha a ser vulcanizado é crucial para definir as características finais deste composto. Em condições extremas, se o tempo de exposição ao calor for insuficiente, o composto continuará com comportamento de baixa resistência às deformações. Por outro lado se o tempo de exposição ao calor for excessivo, além do desperdício energético e econômico, o composto de borracha entra numa fase de reversão, que significa diminuição das propriedades já alcançadas. O dimensionamento da vulcanização de um pneu necessita basicamente de dois suportes fundamentais de engenharia: a) um modelo numérico para a reação termo-química que leve em conta a cinética de cura de cada composto de borracha do pneu; b) um modelo numérico de transmissão de calor, capaz de calcular para qualquer ponto do pneu a sua evolução térmica durante a vulcanização. Esta dissertação apresenta uma revisão da literatura sobre vulcanização de pneus, os modelos utilizados, e um modelo proposto pelo autor. Nesse, questões como reologia da borracha em regime de temperatura variável e reversão do composto recebem um tratamento numérico específico. Através da validação experimental verifica-se que o modelo proposto é altamente eficaz para aplicações industriais.Vulcanization is a thermochemical process applied to the elastomeric polymers also called rubbers. Due to the vulcanization, rubbers acquire physical properties that make them capable to support mechanical applications, such as pneumatic tire. During the vulcanization, the elastomer molecules are tied together in many points due to the crosslinking process. This process is made possible due to the heating of the mixing of rubber and sulfur. It is very important to define the right time under the heat a rubber requires to be vulcanized. This vulcanizing period will define the future rubber characteristics. If an insufficient curing time is used for vulcanization, the rubber compound will maintain the poor characteristics of a raw rubber. In the other extreme, if a very extensive cure time is used, besides the energetic and economic losses, it will provoke reversion on the rubber, that means the reduction of the desired cured rubber properties. In order to produce a precise dimensioning of the cure cycle two fundamental engineering supports are necessary: a) a numerical model for the thermochemical reaction, dealing with the curing kinetics of each rubber compound involved in a tire; b) a numerical model for the heat transfer process, capable to determine during the vulcanization period, the temperature evolution in any point of a single tire. This work presents a discussion of previous literature on the tire vulcanization area, their cure models, and a new model proposed by the author. This model treats questions like the rubber rheology in non isothermal condition, and the compound reversion, applying to them specific numerical treatments. The use of experimental validation showed the model to be very efficient for industrial applications.
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Tomazela, Claudio Augusto. "Ação conjunta parede-viga na alvenaria estrutural." Universidade de São Paulo, 1995. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-02052018-091127/.
Full textAbstract:
Neste trabalho apresenta-se um estudo teórico sobre alvenaria estrutural, utilizando-se o método dos elementos finitos. A finalidade principal é mostrar o comportamento estrutural de uma parede de alvenaria apoiada sobre viga de concreto armado e solicitada por ações verticais. Evidencia-se o fenômeno do efeito arco que ocorre na base da parede e os principais parâmetros que o governam. É estudada a contribuição de rigidez da parede e da viga no comportamento estrutural, destacando-se as principais variáveis envolvidas no desenvolvimento do projeto do conjunto parede-viga. São discutidas as teorias mais importantes para as análises dessas estrutura, que permitem quantificar as tensões na parede e os esforços solicitantes na viga, ressaltando-se as suas limitações e vantagens. Vários exemplos numéricos são apresentados, mostrando as curvas isotensões para a parede e os esforços solicitantes para a viga, obtidos das análises em elementos finitos. Finalmente são apresentadas as conclusões do trabalho e as sugestões para pesquisas a serem desenvolvidas, dando continuidade a este trabalho.In this dissertation is presented a theoretical study about structural masonry, applying the finite element method. The main purpose is to show the structural behavior of masonry walls supported by reinforced concrete beam and subjected to vertical loads. It is evidenced the phenomenon of arch effect, that occurs in the basis of the wall, and the main standards governing it. It is studied the contribution of the stiffness of the wall and the beam in the structural behavior, emphasizing the main parameters involved in the development of the project of wall-beam system models. The more important theories in the analysis of these structures are discussed, permitting to quantify the stresses in the wall, and the internal efforts in the beam, sticking out their limitations and advantages. Several numerical examples are presented, showing the same tension lines for the wall and the internal efforts for the beam, both obtained with the finite element analysis. Finally is presented the conclusion of this work, and the suggestions for further researches to be developed, giving sequence to this dissertation.
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Almeida, Francisco Patrick Araujo. "Análise comparativa de resultados de diferentes discretizações para as lajes de pavimentos utilizando os elementos finitos DKT e P15N." Universidade de São Paulo, 1999. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-04072006-112705/.
Full textAbstract:
Na área de análise de pavimentos, muitos trabalhos já foram realizados, levando-se em conta diferentes considerações sempre com o objetivo de aprimorar os modelos que representam o comportamento estrutural. O método dos elementos finitos tem se mostrado um dos principais métodos na resolução deste problema, onde as lajes podem ser discretizadas por elementos finitos de placa e as vigas por elementos finitos de barra. Dentre os diversos tipos de elementos finitos de placa, o elemento finito DKT (discrete Kirchhoff triangle), tem sido largamente utilizado na consideração da rigidez à flexão das lajes. O objetivo deste trabalho é apresentar o recém-formulado elemento finito de placa P15N na análise de pavimentos, bem como apresentar as diferenças e semelhanças na utilização deste elemento com o elemento finito DKT, na discretização das lajes, na determinação dos deslocamentos e esforços em pavimentos. Para a realização das análises descritas, desenvolveu-se um programa computacional em linguagem de programação FORTRAN 90. Vários exemplos numéricos são apresentadosIn the area of floor analysis, many studies have already been carried out taking into account different considerations and always aiming to improve the models which represent the structural behavior. The finite element method has shown to be one of the principal methods for the resolution of this problem, where the slabs and the beams may be meshed by plate finite elements and bar finite elements, respectively. Among the various kinds of plate finite elements, the DKT (discrete Kirchhoff triangle) finite element has been largely used in the consideration of slabs bending stiffness. The objective of this work is to present the P15N as a plate finite element in the analysis of floors, as well as to point out the differences in the utilization of this element with the DKT finite element in slab discretization and in the determination of displacements and stresses in floors. For such analysis, a computational program was developed in FORTRAN 90 programming language. Several numerical examples are presented
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Forti, Tiago Luis Duarte. "O metodo de Galerkin descontinuo aplicado a problemas de convecção-difusão." [s.n.], 2005. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/258702.
Full textAbstract:
Orientadores: Philippe Remy Bernard Devloo, Sonia Maria GomesDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-07T13:02:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forti_TiagoLuisDuarte_M.pdf: 2510262 bytes, checksum: bb77d518f6e5cbaeafea1a081b587395 (MD5) Previous issue date: 2005
Resumo: Este trabalho dedica-se ao estudo do método de Galerkin descontínuo aplicado a problemas de convecção-difusão. O método de Galerkin descontínuo (MGD) é um variante do método de elementos finitos tradicional (MEF) em que as funções do espaço de interpolação são descontínuas entre elementos. A motivação para o estudo do MGD vem da mecânica dos fluidos. Muitos problemas de mecânica dos fluidos apresentam solução com fortes gradientes ou descontinuidades. São os problemas de choque e de camada limite. Nessas regiões de forte gradiente ou descontinuidades, o MEF apresenta oscilações na solução numérica. Essas oscilações tornam o método pouco estável, podendo-se obter soluções não-físicas como pressão negativa. O método de Galerkin descontínuo permite evitar ou reduzir essas oscilações. Várias formulações são disponíveis na literatura e algumas delas são tratadas neste trabalho, em especial a formulação de Baumann e Oden. Propõe-se a combinação dos métodos de elementos finitos e Galerkin descontínuo em uma mesma simulação, obtendo-se as vantagens de cada um deles
Abstract: The present work is dedicated to study the discontinuous Galerkin method (DGM) applied to convection-diffusion problems. The DGM is a variant of the so-known finite element method (FEM). In DGM the interpolation space is formed by discontinuous functions between elements, called a broken-space. The motivation of this work comes from fluid mechanics. Many problems in fluid mechanics have discontinuous solutions or high-gradient solutions. They are shock problems or boundary layer problems. On regions of high-gradient or around discontinuities the FEM presents oscillations in the numeric solution. It makes the FEM unstable and it is possible to obtain non-physical solutions like negative pressures. DGM allows to avoid or reduce these oscillations. Some formulations available in the literature are tested in this work, specially that proposed by Baumann and Oden. In this work, we propose a formulation which combines FEM and DGM in the same simulation obtaining the advantages of both methods
Mestrado
Estruturas
Mestre em Engenharia Civil
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Zarco, Mark Albert. "Solution fo soil-structure interaction problems by coupled boundary element-finite element method /." This resource online, 1993. http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-06062008-164808/.
Full text
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Sato, Fernando Massami. "Numerical experiments with stable versions of the Generalized Finite Element Method." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-16102017-101710/.
Full textAbstract:
The Generalized Finite Element Method (GFEM) is essentially a partition of unity based method (PUM) that explores the Partition of Unity (PoU) concept to match a set of functions chosen to efficiently approximate the solution locally. Despite its well-known advantages, the method may present some drawbacks. For instance, increasing the approximation space through enrichment functions may introduce linear dependences in the solving system of equations, as well as the appearance of blending elements. To address the drawbacks pointed out above, some improved versions of the GFEM were developed. The Stable GFEM (SGFEM) is a first version hereby considered in which the GFEM enrichment functions are modified. The Higher Order SGFEM proposes an additional modification for generating the shape functions attached to the enriched patch. This research aims to present and numerically test these new versions recently proposed for the GFEM. In addition to highlighting its main features, some aspects about the numerical integration when using the higher order SGFEM, in particular are also addressed. Hence, a splitting rule of the quadrilateral element area, guided by the PoU definition itself is described in detail. The examples chosen for the numerical experiments consist of 2-D panels that present favorable geometries to explore the advantages of each method. Essentially, singular functions with good properties to approximate the solution near corner points and polynomial functions for approximating smooth solutions are examined. Moreover, a comparison among the conventional FEM and the methods herein described is made taking into consideration the scaled condition number and rates of convergence of the relative errors on displacements. Finally, the numerical experiments show that the Higher Order SGFEM is the more robust and reliable among the versions of the GFEM tested.O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é essencialmente baseado no método da partição da unidade, que explora o conceito de partição da unidade para compatibilizar um conjunto de funções escolhidas para localmente aproximar de forma eficiente a solução. Apesar de suas vantagens bem conhecidas, o método pode apresentar algumas desvantagens. Por exemplo, o aumento do espaço de aproximação por meio das funções de enriquecimento pode introduzir dependências lineares no sistema de equações resolvente, assim como o aparecimento de elementos de mistura. Para contornar as desvantagens apontadas acima, algumas versões aprimoradas do MEFG foram desenvolvidas. O MEFG Estável é uma primeira versão aqui considerada na qual as funções de enriquecimento do MEFG são modificadas. O MEFG Estável de ordem superior propõe uma modificação adicional para a geração das funções de forma atreladas ao espaço enriquecido. Esta pesquisa visa apresentar e testar numericamente essas novas versões do MEFG recentemente propostas. Além de destacar suas principais características, alguns aspectos sobre a integração numérica quando usado o MEFG Estável de ordem superior, em particular, são também abordados. Por exemplo, detalha-se uma regra de divisão da área do elemento quadrilateral, guiada pela própria definição de sua partição da unidade. Os exemplos escolhidos para os experimentos numéricos consistem em chapas com geometrias favoráveis para explorar as vantagens de cada método. Essencialmente, examinam-se funções singulares com boas propriedades de aproximar a solução nas vizinhanças de vértices de cantos, bem como funções polinomiais para aproximar soluções suaves. Ademais, uma comparação entre o MEF convencional e os métodos aqui descritos é feita levando-se em consideração o número de condição do sistema escalonado e as razões de convergência do erro relativo em deslocamento. Finalmente, os experimentos numéricos mostram que o MEFG Estável de ordem superior é a mais robusta e confiável entre as versões do MEFG testadas.
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Schlebusch, Rainer. "Theorie und Numerik einer oberflächenorientierten Schalenformulierung." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2005. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-1137572448296-67009.
Full textAbstract:
This doctorial thesis deals with the derivation of a mechanical model for the simulation of the load-bearing behavior of a strengthening layer made of textile reinforced concrete to strengthen a shell structure. The main focus lies on both the geometrical and physical non-linear three-dimensional shell formulation and on its transfer into an efficient finite element. The distinctive feature of the presented shell formulation is its surface-orientation. This enables the analysis of a strengthening layer applied on one of the outer surfaces of a structure in a very natural way, since a problem-oriented mechanical modeling is achieved. Hereby, in contrast to classical shell theories the three-dimensionality of the material behavior's description can completely maintained. This is necessary, since a more accurate modeling of the material behavior of textile reinforced concrete can only be done three-dimensional. Within the scope of this thesis an anisotropic hyper elastic constitutive relation is given in order to obtain a first approximation of textile reinforced concrete's material behavior against the background of material theory. Furthermore a specification of the hyper elastic constitutive relation is obtained upon the basis of the principle of material symmetry and is prepared for the application in the shell formulation. The numerical solution of the field problem necessitates the transfer of the surface-related shell formulation into a two-dimensional variational formulation in order to obtain a sound mathematical starting point for the conversion into an efficient volume shell element. For the realization of a numerical efficient finite element an element formulation using a low-order ansatz should be favored. Because of reducing the number of degrees of freedom and therewith of possible deformation modes, artificial stiffening effects will appear. A way out is given by a special extention of the assumed natural strain and the assumed strain method for the utilization in the presented surface-related shell formulation. This leads to a slightly higher numerical effort, but allows a reliable and efficient finite element formulation finally verified in distinct meaningful non-linear simulationsDie Herleitung eines mechanischen Modells zur numerischen Simulation des Tragverhaltens einer Verstärkungsschicht für Flächentragwerke aus textilbewehrtem Feinbeton ist Gegenstand dieser Arbeit. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf einer sowohl geometrisch als auch physikalisch nichtlinearen dreidimensionalen Schalenformulierung und deren Umsetzung in ein effizientes finites Element. Die Besonderheit der hier vorgestellten Schalenformulierung ist deren Oberflächenbezug, der es auf natürliche Weise ermöglicht, eine auf die Struktur aufgebrachte Verstärkungsschicht zu berechnen. Diese Verfahrensweise ist als eine der Problemstellung angepaßte mechanische Modellbildung anzusehen. Hierbei kann im Gegensatz zu klassischen Schalentheorien die Dreidimensionalität der Materialbeschreibung vollständig aufrecht erhalten und damit die verfeinerte Erfassung des Materialverhaltens von Textilbeton ermöglicht werden, die nur dreidimensional erfolgen kann. Eine materialtheoretische Herleitung von anisotropen hyper-elastischen konstitutiven Beziehungen als erste Approximation zur Erfassung des Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton wird vorgestellt und deren Spezifizierung auf der Basis des Prinzips der materiellen Symmetrie durchgeführt sowie zur Anwendung in der Schalenformulierung aufbereitet. Die numerische Lösung des Feldproblems erfordert die Umsetzung der oberflächenorientierten Schalenformulierung in eine zweidimensionale Variationsformulierung mit dem Ziel, einen mathematisch fundierten Ausgangspunkt für die Entwicklung eines leistungsfähigen Volumen"=Schalen"=Elementes zu erhalten. Zur Realisierung eines numerisch effizienten finiten Elementes ist eine Elementformulierung mit möglichst geringer Ansatzordnung verwendet worden. Da hierdurch die Freiheitsgrade des Elementes und damit die möglichen Verformungsmodi in ihrer Anzahl eingeschränkt werden, sind künstliche Versteifungseffekte zu erwarten. Einen Ausweg bieten hier spezielle Erweiterungen der Assumed Natural Strain und der Enhanced Assumed Strain Methode für die hier vorliegende oberflächenorientierte Schalenformulierung. Dies erhöht den numerischen Aufwand unwesentlich, ermöglicht jedoch insgesamt eine zuverlässige und effiziente Elementformulierung, deren Brauchbarkeit abschließend in verschiedenen aussagekräftigen nichtlinearen Simulationen nachgewiesen wird
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Heinrich, Bernd, and Beate Jung. "The Fourier-finite-element method with Nitsche-mortaring." Universitätsbibliothek Chemnitz, 2006. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:ch1-200601493.
Full textAbstract:
The paper deals with a combination of the
Fourier-finite-element method with the
Nitsche-finite-element method (as a mortar method).
The approach is applied to the Dirichlet problem
of the Poisson equation in three-dimensional
axisymmetric domains $\widehat\Omega$ with
non-axisymmetric data. The approximating Fourier
method yields a splitting of the 3D-problem into
2D-problems. For solving the 2D-problems on the
meridian plane $\Omega_a$,
the Nitsche-finite-element method with
non-matching meshes is applied. Some important
properties of the approximation scheme are
derived and the rate of convergence in some
$H^1$-like norm is proved to be of the type
${\mathcal O}(h+N^{-1})$ ($h$: mesh size on
$\Omega_a$, $N$: length of the Fourier sum) in
case of a regular solution of the boundary value
problem. Finally, some numerical results are
presented.
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Kosteski, Luis Eduardo. "Aplicação do Método dos Elementos Discretos formado por barras no estudo do colapso de estruturas." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2012. http://hdl.handle.net/10183/56589.
Full textAbstract:
No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas.This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through.
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Vu, Thu Hang. "Enhancing the scaled boundary finite element method." University of Western Australia. School of Civil and Resource Engineering, 2006. http://theses.library.uwa.edu.au/adt-WU2006.0068.
Full textAbstract:
[Truncated abstract] The scaled boundary finite element method is a novel computational method developed by Wolf and Song which reduces partial differential equations to a set of ordinary linear differential equations. The method, which is semi-analytical, is suitable for solving linear elliptic, parabolic and hyperbolic partial differential equations. The method has proved to be very efficient in solving various types of problems, including problems of potential flow and diffusion. The method out performs the finite element method when solving unbounded domain problems and problems involving stress singularities and discontinuities. The scaled boundary finite element method involves solution of a quadratic eigenproblem, the computational expense of which increases rapidly as the number of degrees of freedom increases. Consequently, to a greater extent than the finite element method, it is desirable to obtain solutions at a specified level of accuracy while using the minimum number of degrees of freedom necessary. In previous work, no systematic study had been performed so far into the use of elements of higher order, and no consideration made of p adaptivity. . . The primal problem is solved normally using the basic scaled boundary finite element method. The dual problem is solved by the new technique using the fundamental solution. A guaranteed upper error bound based on the Cauchy-Schwarz inequality is derived. A iv goal-oriented p-hierarchical adaptive procedure is proposed and implemented efficiently in the scaled boundary finite element method.