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Título: Método dos elementos finitos utilizando funções de forma de alta ordem aplicadas em estruturas em estado plano de tensão
Título(s) alternativo(s): Finite element method using high order shape functions applied to structures in a stress plane state
Autor(es): Veruz, Edilson Gabriel
Orientador(es): Ferreira, Luan Jose Franchini
Palavras-chave: Método dos elementos finitos
Projeto estrutural
Engenharia mecânica
Finite element method
Structural design
Mechanical engineering
Data do documento: 28-Mai-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Guarapuava
Citação: VERUZ, Edilson Gabriel. Método dos elementos finitos utilizando funções de forma de alta ordem aplicadas em estruturas em estado plano de tensão. 2020. 79 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Guarapuava, 2020.
Resumo: Desde sua popularização, o Método dos Elementos Finitos (MEF) recebeu diversas abordagens, com diferentes níveis de detalhamento. Uma dessas abordagens, o triângulo de deformação constante (CST) é muito difundido no meio acadêmico, principalmente para problemas de Estado Plano de Tensão (EPT) por sua simplicidade de aplicação e boa aproximação de soluções reais. Contudo em projetos estruturais, devido ao compromisso com a performance e a segurança, novas abordagens foram empregadas visando diminuir o erro sem elevar o custo computacional, a exemplo da aplicação de funções de interpolação de ordens superiores. Diante disso, este trabalho buscou abordar o MEF para estruturas submetidas a um EPT utilizando funções de forma de alta ordem para elementos triangulares, construídas através do conceito de produto tensorial entre funções unidimensionais usando bases modais com os polinômios ortogonais de Jacobi. O algoritmo foi desenvolvido na linguagem de programação Python com auxílio da plataforma Jupyter Notebook e, os resultados de tensão e de deslocamento obtidos foram comparados com software comercial. O emprego das funções de forma de alta ordem ao método obteve êxito ao se equiparar aos resultados de softwares específicos sem a necessidade de refino das malhas das geometrias estudadas.
Abstract: Since its popularization, the Finite Element Method (FEM) has received several approaches, with different levels of detail. One of these approaches, the constant strain triangle (CST) is very widespread in the academic environment, mainly for Plane State of Stress (PSS) problems due to its simplicity of application and good approximation of real solutions. However, in structural projects, due to the commitment to performance and security, new approaches were used to reduce the error without increasing the computational cost, such as the application of interpolation functions of higher orders. Therefore, this work sought to approach the FEM for structures submitted to an EPT using high order form functions for triangular elements, built through the concept of tensor product between unidimensional functions using modal bases with Jacobi’s orthogonal polynomials. The algorithm was developed in the Python programming language with the aid of the Jupyter Notebook platform, and the stress and displacement results obtained were compared with commercial software. The use of functions shape of a high order to the method was successful in being equal to the results of specific software without the need to refine the meshes of the studied geometries.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26482
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