Análise termomecânica utilizando elementos finitos de casca isoparamétricos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Cunha, Pedro Filipe de Luna
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Elementos finitos
Análise termomecânica
Elementos de casca
Plasticidade
Link de acesso: http://repositorio.unb.br/handle/10482/51114
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, 2024.
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As formulações desenvolvidas são detalhadas, visando uma compreensão aprofundada e sua aplicabilidade em futuras pesquisas. A validação do elemento finito proposto é realizada por meio de quatro exemplos da literatura com soluções analíticas. Para a abordagem termomecânica acoplada, a validação e comparação são feitas com outros quatro exemplos, dos quais dois possuem solução analítica e dois são modelados utilizando o software Abaqus. A verificação do modelo constitutivo é conduzida através de quatro exemplos adicionais: os dois primeiros baseados em resultados literários e os dois últimos modelados no software Amaru. Em todos os cenários, os resultados demonstram boa concordância com as soluções analíticas e com os dados obtidos por meio de softwares de elementos finitos. Finalizando, três estudos de caso são apresentados. O primeiro simula numericamente os resultados experimentais de temperatura e tensão para um vaso de pressão. O segundo aborda uma simulação hipotética para examinar uma seção de flare, considerando o efeito termomecânico aliado à não linearidade material (plasticidade), incluindo a verificação da tensão de von Mises ao longo do comprimento da estrutura sob diferentes níveis de temperatura. Finalmente, o último estudo de caso analisa um pilar submetido a incêndio, comparando os resultados obtidos pela modelagem computacional e os contidos na literatura. Conclui-se que a metodologia proposta, validada por meio de exemplos analíticos e estudos de caso, demonstrou ser eficaz na representação precisa de tensões e deformações sob condições de carga mecânica e térmica. O tratamento do efeito de drilling foi eficiente para os exemplos apresentados. A utilização do modelo de plasticidade de von Mises, em conjunto com a notação de Mandel, facilitou a implementação computacional, permitindo simulações complexas com precisão e eficiência. Os resultados dos estudos de caso confirmaram a aplicabilidade da abordagem em diversos cenários, ressaltando sua utilidade para análises estruturais em ambientes severos.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).This work introduces an integrated methodology for thermomechanical analysis, applying specific isoparametric finite elements for shells. These elements are developed through direct isoparametric formulation, aimed at both flat and curved shell elements, and are based on the theory of degenerated solids. The constitutive model used for these elements is founded on the von Mises plasticity equations, utilizing Mandel notation to facilitate the effective implementation of tensorial constitutive equations. The developed formulations are detailed extensively, aiming for deep understanding and applicability in future research. The validation of the proposed finite element is conducted through four examples from the literature that have analytical solutions. For the coupled thermomechanical approach, validation and comparison are done with another four examples, of which two have analytical solutions and two are modeled using Abaqus software. The verification of the constitutive model is conducted through four additional examples: the first two are based on literature results, while the last two are modeled in Amaru software. In all scenarios, the results demonstrate good agreement with the analytical solutions and with the data obtained through finite element software. In conclusion, three case studies are presented. The first numerically simulates experimental results of temperature and stress for a pressure vessel. The second addresses a hypothetical simulation to examine a flare section, considering the thermomechanical effect combined with material nonlinearity (plasticity), including the verification of von Mises stress along the length of the structure under different temperature levels. Finally, the last case study analyzes a pillar subjected to fire, comparing the results obtained through computational modeling with those found in the literature. It is concluded that the proposed methodology, validated through analytical examples and case studies, proved effective in accurately representing stresses and deformations under mechanical and thermal loads. The treatment of the drilling effect was efficient for the presented examples. The use of the von Mises plasticity model, combined with Mandel notation, facilitated computational implementation, allowing complex simulations with precision and efficiency. The case study results confirmed the approach’s applicability in various scenarios, highlighting its usefulness for structural analyses in severe environments.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção CivilDurand Farfán, Raúl DaríoCunha, Pedro Filipe de Luna2024-12-09T18:52:56Z2024-12-09T18:52:56Z2024-12-092024-06-12info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCUNHA, Pedro Filipe de Luna. Análise termomecânica utilizando elementos finitos de casca isoparamétricos. 2024. 171 f., il. Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio.unb.br/handle/10482/51114porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-03-20T15:49:16Zoai:repositorio.unb.br:10482/51114Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-03-20T15:49:16Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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