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Tipo: Tese
Título: ANÁLISE TERMOMECÂNICA UTILIZANDO ELEMENTOS FINITOS DE CASCA ISOPARAMÉTRICOS
Autor(es): Cunham Pedro Filipe de Luna
Primeiro Orientador: Farfán, Raúl Darío Durand
Primeiro Membro da Banca: Silva, William Taylor Matias
Segundo Membro da Banca: Ribeiro, Paulo Marcel Vieira
Terceiro Membro da Banca: Del Prado, Zenón José Guzmán
Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia acoplada para a análise termomecânica, aplicando elementos finitos isoparamétricos específicos para cascas. Esses elementos são desenvolvidos por meio da formulação isoparamétrica direta, destinada a elementos de cascas planas e curvas, fundamentados na teoria de sólidos degenerados. O modelo constitutivo utilizado é baseado nas equações de plasticidade de von Mises, utilizando a notação de Mandel para facilitar a implementação eficaz das equações constitutivas tensoriais. 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.
Abstract: 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.
Palavras-chave: Elementos Finitos
análise termomecânica
elementos de casca
plasticidade
Área do CNPq: ENGENHARIAS
Idioma: por
Pais: Brasil
Editor: Instituição extra IF Goiano
Sigla da Instituição: Instituição extra IF Goiano
Campus: Instituição externa ao IF Goiano (especificar no Resumo/abstract)
Programa/Curso: Instituição externa (descrever o nome da instituição no resumo/abstract)
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/4719
Data do documento: 12-Jun-2024
Aparece nas coleções:Teses e dissertações defendidas em outras Instituições

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