Application of the co-rotational formulation and the Bernoulli-Timoshenko unified beam element on the solution of nonlinear frames and archs
| Autor: | Gabriel Costa de Oliveira |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Silva, William Taylor Matias |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2016 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UnB Universidade de Brasília (UnB) instacron:UNB |
| Popis: | Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. Nesta pesquisa é descrita a formulação co-rotacional de um elemento de viga unificado. Esta formulação engloba as teorias de vigas de Euler-Bernoulli e de Timoshenko, utilizadas para descrever problemas fortemente não-lineares e que não apresentam bloqueio por cisalhamento. A cinemática co-rotacional se baseia na separação do movimento de um sólido em uma parte de corpo rígido e em outra deformacional. O deslocamento de corpo rígido é composto por movimentos de rotação e de translação, enquanto o movimento deformacional do elemento é descrito por três modos naturais de deformação, convenientemente selecionados e relacionados aos esforços axial, de flexão pura e de flexão simples. Os esforços internos gerados pelos modos de deformação naturais são autoequilibrados, o que permite obter uma matriz de rigidez tangente consistente. Neste trabalho, descreve-se de forma detalhada a obtenção das matrizes de rigidez geométrica e material. Desenvolve-se, durante a pesquisa, o método de comprimento de arco, que consiste em um método de solução numérica largamente utilizado e altamente robusto, capaz de traçar caminhos de equilíbrio fortemente não-lineares com a presença de diversos pontos críticos. Por meio de exemplos numéricos e da aplicação do método de comprimento de arco em trajetória ortogonal atualizada, são traçados caminhos de equilíbrio no espaço carga-deslocamento de exemplos numéricos extraídos da literatura e, assim, é demonstrada a habilidade do elemento de viga unificado Bernoulli-Timoshenko em lidar com grandes não-linearidades geométricas. This research describes the co-rotational formulation for unified beams. This formulation combine two beam theories, the Euler-Bernoulli and the Timoshenko, used to describe strong nonlinear problems without shear locking. The co-rotational cinematic is based on separate the movement of a solid in a rigid body and other deformational. The rigid body displacement is composed of rotation and translation movements, while the deformation movement of the element is described by three natural modes of deformation, conveniently selected and related to the axial efforts, pure bending and simple bending. The internal forces generated by the natural deformation modulus are self-equilibrated which allows to obtain a consistent tangent stiffness matrix. On this paper, the development of the geometric and the material stiffness matrix is described in details. It develops during the research, the arc length method, which consists of a numerical solution method widely used and highly robust, able to trace balance paths strongly nonlinear with the presence of several critical points. Throughout numerical examples and application of the arc length method in updated orthogonal trajectory, equilibrium paths are traced in the load-displacement space of extracted numerical examples of literature and thus is demonstrated the ability of the co-rotational formulation for unied Bernoulli-Timoshenko beams in dealing with large geometric nonlinear problems. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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