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Curso MEF Elementos Finitos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Curso de MEF (Transparências) , Elementos Finitos, CAE

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 21/04/2007

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vitor-f-c-3 🇧🇷

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MÉTODO DOS
ELEMENTOS FINITOS
Álvaro Azevedo
Faculdade de Engenharia
Universidade do Porto
Novembro 2000
http://www.fe.up.pt/~alvaro
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Caso mais simples
Método dos deslocamentos
Comportamento linear elástico
Pequenas deformações
Carregamento quase-estático
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pfe
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1

MÉTODO DOS

ELEMENTOS FINITOS

Álvaro Azevedo

Faculdade de Engenharia

Novembro 2000 Universidade do Porto

http://www.fe.up.pt/~alvaro

Caso mais simples

 Método dos deslocamentos

 Comportamento linear elástico

 Pequenas deformações

 Carregamento quase-estático

3

Estudos mais complexos

 Comportamento não-linear material

 Grandes deformações

 Acções/comportamento dinâmico

 Instabilidade

 Interacção sólido-fluido

Tipos de estrutura

 Reticuladas (treliças/pórticos)

 Laminares (paredes, lajes e cascas)

 Sólidos tridimensionais

7

Estado plano de tensão

Ex: parede ( shear wall )

 Estrutura laminar

 Superfície média plana

 Acções/esforços de membrana, ie,

paralelos à superfície média

Laje

Ex: laje fungiforme

 Estrutura laminar

 Superfície média plana

 Acções normais à superfície média

 Comportamento à flexão

9

Casca

Ex: cúpula esférica, edifício túnel

 Estrutura laminar

 Superfície média qualquer

 Acções quaisquer

 Comportamento de membrana e flexão

Estado plano de deformação

Ex: barragem gravidade, muro de suporte

 Sólido estudado como um problema plano

 Superfície média plana

 Acções paralelas à superfície média

 Deformações desprezáveis na direcção

normal à superfície média (grande dimensão

ou impedimento)

13

Estado axissimétrico (cont.)

secção plana

Só a secção plana é discretizada

Depósito circular

eixo de axissimetria

Elementos isoparamétricos

Elementos triangulares

Elem. finitos para problemas planos

3 nós

4 nós 8 nós^

9 nós

15

Caso geral

Sólido tridimensional

Ex: maciço de encabeçamento de estacas

Elementos isoparamétricos

Elementos finitos para sólidos 3D

Elementos tetraédricos

8 nós

20 nós

4 nós

19

Dados - geometria

5 -8.34 2.96 # Coordenadas (xy) do nó 5 ...

2 7 9 2 3 6 5 # Elemento 2 (material 7; secção 9) ...

x

y

Dados - apoios

x y

4 3 1 0 # 4º apoio - nó 3 ...

x

y

1 - fixo 0 - livre

21

Dados - materiais, secções tipo

7 200000 0.3 25e-3 1e-5 # Material 7

Mód. Young Coef. Poisson Peso esp. Coef. dilat.

(MPa) (adim.) (MN/m^3 ) ( oC -1)

...

... 9 # Secção tipo 9 - espessuras 1 0.35 # metros 2 0. 3 0. 4 0. ...

22

Dados - acções

3 2 # 3 ª carga distribuída - elemento 2

(t) (n)

Nó 3:

3 0.0 0.26 # MN/m

Nó 6:

6 0.0 0. ...

0.26 MN/m

t 0.37 MN/m n

t - tangencial n - normal

25

Assemblagem - mat. rig. global

(1) 11

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 (1) 12 (1) 14 (1) 13

(1) 21

(1) 41

(1) 31 (1) 32

(1) 42

(1) 22 (1) 24 (1) 23

(1) 43 (1) 33

(2) 34

(1) 44

(2) 11 (2) 12 (2) 21 (2) 22

(2) 44 (2) 33

(1) 34 (2) 43

(2) 14 (2) 13 (2) 24 (2) 23

(2) 41

(2) 42

(2) 31 (2) 32

A cada nó corresponde uma sub-matriz 2x

Introdução das condições fronteira

 Graus de liberdade com o deslocamento

prescrito (nulo ou não nulo)

 A lista de deslocamentos prescritos não

depende do caso de carga

 O valor do deslocamento prescrito pode variar

com o caso de carga

27

Resolução do sistema de equações

Método directo

  • Eliminação de Gauss
  • Malhas de pequena e

média dimensão

Método iterativo

  • Gradientes conjugados
  • Malhas de grande dimensão
  • Mais de 5000 equações

Cálculo das tensões num elemento

ponto de Gauss

1

2 3

4

5

7 6

8

1 3

2 4

σx σx

σy

σy

τxy

τxy

τxy

τxy

Elemento infinitesimal localizado em cada ponto de Gauss

31

Lajes - esforços em pontos de Gauss

x

y

z

Q (^) xz

Μ (^) zy

Μ (^) zx

Q (^) yz

Μ (^) xy

Momentos principais M 1 e M (^2)

Referencial geralReferencial geral

Cascas - referenciais

x

y

z

Geral

Nodal

Tangente Eixo normal ao elemento

Eixo normal ao elemento

33

Cascas - graus de liberdade

 Deslocamentos nodais sempre no

referencial geral

 Rotações nodais:

  • Nós de aresta referencial geral
  • Nós coplanares referencial nodal

Em nós coplanares só existem duas rotações

Cascas - graus de liberdade (cont.)

∆ (^) x

θx

θy

∆ (^) y

∆ (^) z

θz

∆ (^) x

θx’

θy’

∆ (^) y

∆ (^) z

Nós de aresta Nós coplanares