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Isoparamétricos
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10/22/2014
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(2014/2015)
Anlise Estrutural Avanada
MEF Elementos Isoparamtricos
Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Introduo
Problemas com geometria complexa => desenvolvimento de novos
elementos [elementos isoparamtricos]
Neste tipo de elementos est envolvida uma transformao do sistema
de eixos que permite transformar o domnio inicial num domnio mais
simples, simplificando a resoluo do problema
(Azevedo, A., 2003)
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Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Introduo
As fronteiras cuvas
correspondem a retas
no sistema de eixos ,
A roda transformada num
problema mais simples,
quando se utilizam
coordenadas polares.
(Delgado, R., 1990)
Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Introduo
A formulao dos elementos isoparamtricos assenta em duas ideias chave:
1) Definio da geometria do elemento usando coordenadas dos pontos nodais e as
mesmas funes interpoladoras utilizadas na aproximao incgnita.
(Azevedo, A., 2003)
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Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Introduo
(Delgado, R., 1990)
2) Expressar as funes de forma em termos de um sistema de eixos local, , adimensional variando cada uma das coordenadas entre -1 e 1 no domnio do elemento.
Um elemento genrico de lados curvilneos transformado num elemento quadrado. Esta
transformao tem implicao direta na vantagem que advm na integrao numrica das expresses
que ocorrem na formulao da matriz de rigidez vetor solicitao.
x1
x2
s1
s2
Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Elemento plano
A formulao dos elementos isoparamtricos:
(Azevedo, A., 2003)
As coordenadas dos ns so
armazenadas na atriz x ,
cujo elemento genrico ij x
corresponde coordenada
cartesiana do n i segundo a
direco xj.
Os valores nodais das
coordenadas s1 e s2 so os
seguintes:
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Elemento plano
A passagem do sistema de coordenadas s para o sistema de coordenadas x efectuada com uma
interpolao semelhante que foi para o campo de deslocamentos.
(Azevedo, A., 2003)
No sistema de coordenadas s, as funes de forma coincidem com as que foram descritas para o
elemento plano, bastando substituir em x1 por s1 e x2 por s2,resultando
Testar em execel
Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
No sistema de coordenadas s, as funes de forma coincidem com as que foram descritas para o
elemento plano, bastando substituir em x1 por s1 e x2 por s2,resultando
No caso do elemento finito quadriltero de quatro ns e de geometria
arbitrria, as equaes do campo de deslocamentos permanecem vlidas
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
Para a resoluo do integral:
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
A matriz B depende das derivadas das funes de forma em ordem a xj ( Ni/ xj ) . De
modo a ser possvel calcular o integral, necessrio obter as expresses de Ni/ xi em funo
de s1 e s2 .
Considere-se uma das funes de forma (Ni) dependendo de x1 e x2, que por sua vez
dependem de s1 e s2. Pela regra da cadeia obtm-se:
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
que se pode escrever da seguinte forma em notao matricial
Atribuindo ao ndice i os valores 1 a 4 e agrupando os quatro casos nas seguintes matrizes, chega-se a
que de um modo mais compacto
se pode escrever
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
Sendo a matriz J a Matriz Jacobiana
O integral que permite obtera matriz K, em ordem a s1 e
s2, passa a ser:
Os elementos da matriz Jacobiana obtm-se por derivaodas equaes abaixo:
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
Resultando:
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
Que equivalente:
Ou:
Sendo:
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Elemento plano
(Azevedo, A., 2003)
Ora, para resolver o integral:
Sendo:
que de um modo mais compacto se pode escrever
Matriz B corresponde s derivadas das matrizes funes de forma em
ordem a x1 e x2, como vimos:
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Elemento plano
Se a matriz D no for constante, possvel utilizar o mesmo tipo de interpolao
para definir E e em funo de s1 e s2.
Nesta expresso, i E e i so os valores no n i do mdulo de Young e do coeficiente de Poisson. Na
generalidade dos casos prticos E e so considerados constantes ao nvel de cada elemento finito. Quando uma estrutura apresenta mais do que um tipo de material, a fronteira entre as zonas
correspondentes a cada material deve coincidir com a transio entre elementos finitos.
Se a espessura do elemento no for constante pode ser interpolada de um modo
Semelhante:
(Azevedo, A., 2003)
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Anlise estrutural avanada (2014/2015)
Bibliografia
Delgado, R. Texto de apoio s aulas de Mtodo dos Elementos Finitos. Faculdade de engenharia da Universidade do Porto. 1990, Porto, Portugal.
Azevedo, A. Livro - Mtodo dos elementos finitos. Faculdade de engenharia da Universidade do Porto. Abril 2003, Porto, Portugal.
Azevedo, A. Apresentao -Mtodo dos elementos finitos. Faculdade de engenharia da Universidade do Porto. Abril 2003 Porto, Portugal.