[pt] ANÁLISE DO COLAPSO DE ESTRUTURAS COM NÃO LINEARIDADE FÍSICA E GEOMÉTRICA

[en] COLLAPSE ANALYSIS OF STRUCTURES WITH GEOMETRIC AND MATERIAL NONLINEARITY

[pt] CARLOS JAVIER MELCHOR PLACENCIA

[pt] ELEMENTO FINITO

[pt] ANALISE NAO LINEAR

[pt] PROBLEMA DE AUTOVALOR

[pt] COLAPSO

[pt] CARGA CRITICA

[pt] FLAMBAGEM

[pt] INSTABILIDADE

[pt] PLASTICIDADE

[en] FINITE ELEMENTS

[en] NONLINEAR ANALYSIS

[en] EIGENVALUE PROBLEM

[en] COLLAPSE

[en] CRITICAL LOAD

[en] BUCKLING

[en] INSTABILITY

[en] PLASTICITY

[pt] Neste trabalho apresentam-se três tipos de técnicas de análise do colapso estrutural através do método dos elementos finitos: análise linearizada da carga crítica, análise incremental da carga crítica e análise não linear completa. Na análise linearizada da carga crítica formulou-se um problema de autovalor empregando matrizes de rigidez baseadas na configuração indeformada da estrutura e materiais com comportamento linear elástico. No caso da análise incremental da carga crítica, o problema de autovalor foi formulado empregando matrizes de rigidez incrementais para levar em consideração os grandes deslocamentos e propriedades não lineares do material. Finalmente, na análise não linear completa a configuração deformada da estrutura e propriedades não lineares do material são atualizadas durante todo o processo incremental-iterativo até atingir a carga crítica. Desenvolveu-se uma implementação computacional para estudar as três técnicas de análise em estruturas planas como vigas, colunas, pórticos e arcos, empregando elementos isoparamétricos bidimensionais para estado plano de tensões. A configuração deformada da estrutura, devido aos grandes deslocamentos e rotações dos elementos, foi considerada através de uma formulação Lagrangeana Total, enquanto o comportamento inelástico do material foi modelado empregando um modelo elastoplástico de Von Mises (J2) com encruamento isotrópico. Nos exemplos apresentados mostrou-se a influência da não linearidade geométrica e física na estimativa de cargas críticas e no comportamento pós-crítico, podendo ocorrer bifurcações ao longo da trajetória de equilíbrio fundamental definida no espaço carga-deslocamentos.

[en] This work presents three kinds of techniques for collapse analysis using the finite element method: linear buckling analysis, nonlinear buckling analysis and full nonlinear analysis. The linear buckling analysis requires the definition of an eigenvalue problem using a stiffness matrix formulation based on the initial configuration of the structure and under the assumption of a linear elastic material behavior. In the case of nonlinear buckling analysis, the eigenvalue problem was formulated employing an incremental stiffness matrix in order to consider the effects of large displacements and nonlinear material properties in the critical load estimation. Finally, the full nonlinear analysis takes into account the deformed configuration and the nonlinear material properties of the structure, updating both of them through all the incremental-iterative process up to reaching the critical load. A Finite Element computational program, using plane stress isoperimetric bidimensional elements, was developed to study the three analysis techniques applied to plane structures such as beams, columns, frames and arches. The deformed configuration of the structure, due to large displacements and rotations, was considered through the Total Lagrangian formulation, whereas the inelastic material behavior was modeled using the Von Mises plasticity model with isotropic hardening. The examples presented in this article show the influence of geometric and material nonlinearity in the critical load estimation and the postcritical behavior, being this the reason for the potential occurrence of bifurcation points over the fundamental equilibrium path defined in the load-displacement space.

RAUL ROSAS E SILVA

DEANE DE MESQUITA ROEHL

RAUL ROSAS E SILVA

DEANE DE MESQUITA ROEHL

SEBASTIAO ARTHUR LOPES DE ANDRADE

CARLOS ALBERTO DE ALMEIDA

2020-08-04

2015-07-15

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=49049@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=49049@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.49049