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Título: Elaboração de algoritmo para análise não linear geométrica de treliças tridimensionais associado a técnica de comprimento de arco de Ricks-Wepner
Título(s) alternativo(s): Development of geometrically nonlinear analysis algorithm for tridimensional trusses using Ricks-Wepner arc-length method
Autor(es): Silva, Daniel Marcelo Evangelista da
Orientador(es): Rigobello, Ronaldo
Palavras-chave: Deformações (Mecânica)
Treliças (Construção civil)
Método dos elementos finitos
Resistência de materiais
Deformations (Mechanics)
Trusses
Finite element method
Strength of materials
Data do documento: 25-Jun-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: SILVA, Daniel Marcelo Evangelista da. Elaboração de algoritmo para análise não linear geométrica de treliças tridimensionais associado a técnica de comprimento de arco de Ricks-Wepner. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
Resumo: A não linearidade geométrica se faz presente no comportamento estrutural de treliças quando estas são submetidas a grandes deslocamentos ou deformações, afetando significativamente a geometria da estrutura e, consequentemente, sua resistência. Nessa situação, a relação entre deslocamento e deformação deixa de ser linear, exigindo uma formulação que possa descrever adequadamente esse comportamento. Geralmente, ao longo do caminho de equilíbrio, surgem diversos pontos críticos, como o ponto limite de carga (snap-through), o ponto limite de deslocamento (snap-back) e o ponto de falha estrutural. Entre esses, destacam-se os fenômenos de snap-through e snap-back, diretamente relacionados à instabilidade estrutural e que, por isso, devem ser identificados para a concepção de treliças mais eficientes. Nesse contexto, propõe-se um algoritmo para análise geométrica não linear baseado na formulação posicional dos elementos finitos, utilizando o método numérico de Newton-Raphson, a deformação de Green-Lagrange e a técnica de continuidade do comprimento de arco para garantir a convergência. Com esse algoritmo, é possível obter o caminho de equilíbrio de diferentes configurações de treliças em duas ou três dimensões. Por fim, constatou-se que os resultados obtidos com a implementação do algoritmo foram excelentes. Além de confirmarem a eficácia da abordagem, evidenciam que a escolha adequada da medida de deformação é essencial para representar o comportamento não linear de forma adequada. Ademais, observou-se que o custo computacional do código está diretamente relacionado à forma como o programador o implementa.
Abstract: Geometric nonlinearity means that trusses do not behave in the same way when subjected to large displacements or deformations, significantly affecting the geometry of the structure and, consequently, its resistance. In this situation, the relationship between displacement and deformation is no longer linear, requiring a formulation that can specifically describe this behavior. Along the equilibrium path, several critical points typically emerge, such as the load limit point (snap-through), the displacement limit point (snap-back), and the structural failure point. Among these, the snap-through and snap-back phenomena are particularly significant, as they are directly associated with structural instability and must therefore be identified to enable the design of more efficient trusses. In this context, a geometrically nonlinear analysis algorithm is proposed, based on the positional formulation of the finite element method, employing the Newton-Raphson numerical procedure, the Green-Lagrange strain measure, and the arc-length continuation technique to ensure convergence. This algorithm allows for the computation of the equilibrium path for various truss configurations in both two and three dimensions. The results obtained from its implementation were satisfactory, confirming the effectiveness of the proposed approach and highlighting that the appropriate choice of strain measure is crucial for accurately capturing nonlinear behavior. Furthermore, it was observed that the computational cost of the code is directly influenced by the way in which the programmer implements it.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37913
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