Análise Dinâmica

Análise Dinâmica de um Pórtico

Nicholas Ormeneze 1 e Tarcisio Ribinski2Professor Hsu Yang Shang

Introdução ao Método dos Elementos Finitos/ Laboratório de Elementos Finitos / Engenharia Mecânica

Pontifícia Universidade Católica do Paraná

Resumo - Este trabalho possui como objetivo analisar dinamicamente o deslocamento de um pórtico em um certo ponto da sua estrutura onde se encontra uma força, através do software ANSYS®, pelos conhecimentos em método doselementos finitos.

Abstract - Este trabalho possui como objetivo analisar dinamicamente o deslocamento de um pórtico em um certo ponto da sua estrutura onde se encontra uma força, através do software ANSYS®, pelos conhecimentos em método dos elementos finitos.

(Palavras-chave: Deslocamento, Pórtico, Elementos Finitos.)

Introdução

Para analisar dinamicamente uma estrutura em um certo ponto com uma força de impacto de 1000N com uma duração de 0.01segundos, utilizou-se o software ANSYS®, seguindo o seguinte pórtico fornecido pelo professor conforme mostra a Figura – 1.

Figura 1 - Esquema do pórtico.

Módulo de Young: 205 GPaCoeficiente de Poisson: 0.3

Densidade: 7830 kg/m3

Seção quadrada: 50 mm x 50 mm

Força: 1000NDuração da força: 0.01s

Dimensão (L): 1m

Figura 2 – Valores fornecidos para o cálculo.

Nó X(m) Y(m) Z(m)1 0 0 02 0 1 03 0 2 04 1 2 01 1 1 06 1 0 0

Tabela 1 – Posição de cada nó nas suas coordenadas.

Método

O método utilizado para a análise dinâmica do pórtico foi o simulador conhecido como ANSYS®. A sequência com os comandos do software utilizado na simulação foram passados pelo professor em aulas em laboratório e pelo tutorial fornecido pelo mesmo.

A sequência é dada abaixo:

1) Determinar o que será analisado:

-Preferences- Structural

- Ok

2) Selecionar o tipo de elemento a ser analisado:Para este trabalho, foi sugerido pelo professor utilizar o elemento ‘Bean’ para a análise.

-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete-Add-Bean-2D elastic 3- Ok- Close

3) Adicionar as constantes reais da estrutura:

-Preprocessor-Real Constants-Add/Edit/Delete-Add-Type 1 BEAN 3

AREA= 0.05*0.05IZZ= 0.05*0.05*0.05*0.05/12HEIGHT= 0.05

-Ok-Close.

4) Determinar os materiais da estrutura:

-Preprocessor-Material Props-Material Models-Material Models Number 1-Structural-Linear-Elastic-Isotropic

EX= 205e9PRXY= 0.3

-Ok-Density

DENS= 7830-Ok-Close

5) Inserir os nós da estrutura:

-Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS

Inserem-se então os valores da Tabela 1, colocando o número do nó, e suas coordenadas em X, Y e Z (Figura 3).

Figura 3 - Quadro para inserir as coordenadas de cada nó da Tabela 1.

A cada valor de nó inserido, aperta-se Apply, e continua colocando o valor do nó seguinte até o ultimo nó (Figura 4).

Figura 4 – Pontos da estrutura formada pelas coordenadas dos nós.

6) Adicionar as barras da estrutura:

-Preprocessor-Modeling-Create-Lines-Lines-In Active Coord

Devem-se selecionar dois nós para formar a barra, clicando Apply a cada dois pontos selecionados até fazer todas as barras de aço conforme a Figura 5 abaixo:

Figura 5 - Estrutura com as barras.

7) Definir o número de divisões da estrutura:

-Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-Manual Size-Lines-Picked Lines

Deve-se selecionar todas as linhas da estrutura.-Ok

Aparecerá uma mensagem onde deve-se colocar o número de divisões que se deseja, conforme a Figura 6 abaixo:

Figura 6 - Indicações do número de divisões de cada barra.

-OkA estrutura ficará com

conforme a Figura 7 abaixo:

Figura 7 - Estrutura com as divisões de cada barra.

8) Juntar cada divisão da estrutura

-Preprocessor-Meshing-Mesch-Lines

Deve-se selecionar todas as barras da estrutura.-Ok

A estrutura então fica com o seguinte aspecto, conforme a Figura 8 abaixo:

Figura 8 - Estrutura com as barras juntas.

9) Numerar os elementos da estrutura

-PlotCtrls-Numbering

Aparecerá uma janela, onde seleciona-se a opção ‘Element Numbers’, conforme mostra a Figura 9 abaixo:

Figura 9 - Janela onde seleciona a opção de numerar os elementos.

10) Definir o tipo de análise

-Solution-Analysis Type-New Analysis

Aparecerá uma janela, onde será selecionado a opção de análise ‘Transient’, conforme a Figura 10. Após selecionar, aparecerá outra janela para selecionar o método de solução da estrutura, que no nosso caso será reduzido, selecionando a opção ‘Reduced’, conforme mostra a Figura 11.

Figura 10 - Tipo de análise para a estrutura.

Figura 11 - Definição do método de solução.

11) Seleção do movimento dos graus de liberdade

-Solution-Master DOFs-User Selected-Define

Seleciona todos os pontos da estrutura conforme a Figura 12.-Ok

Surgirá uma janela, onde deverá ser selecionado o sentido em que a estrutura irá se movimentar, que para o nosso case será selecionado a opção ‘UX’, conforme mostra a Figura 13, não selecionando os pontos fixos da estrutura.

Figura 12 - Pontos selecionados para o grau de liberdade.

Figura 13 - Janela com o sentido de movimento da estrutura.

Figura 14 - Estrutura com os graus de liberdade nos pontos.

12) Definir os apoios da estrutura:

-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-On Nodes

Clica-se no nó onde tem o apoio e clica Ok. No nosso caso o apoio é no nó 1 e no nó 6.

-OkSurgira uma janela para

colocar qual sentido dos nós selecionados é delimitado, no nosso caso usaremos a opção ‘ALL DOF’, que significa que aquele ponto não se movimentará em X e Y, conforme pode ser observado na Figura 15.

Figura 15 - Seleção da delimitação do movimento dos nós, impedindo o movimento em X e Y.

Figura 16 - Estrutura com os apoios definidos.

13) Definição dos tempos

-Solution-Load Step Opts-Time/Frequenc-Time – Time Step

Na janela que aparecerá, devera se colocado o intervalo de tempo da estrutura, que irá de 0 à 0.001segundos, conforme mostra a Figura 17.

Figura 17 - Divisão do passo de tempo da força.

14) Adicionar a força aplicada no ponto A (nó 3) da estrutura conforme a Figura 1 e 2:

-Solution-Define Loads-Apply-Structural

-Force/Moment-On Nodes

Seleciona o nó onde há força aplicada, no nosso casso o nó 3(ponto A).

-OkSeleciona a direção da força

aplicada (FX ou FY) e o valor da mesma.

Direction of Forçe= FXVALUE=1000

Figura 18 - Definição de sentido e do valor da força.

-Ok

Figura 19 - Esquema da estrutura com as barras e a força aplicada no ponto A.

15) Gravação do arquivo pelo passo da carga

-Solution-Load Step Opts-Write LS File

O primeiro nome será gravado com o número 1.

Figura 20 - Gravação do arquivo com o nome 1.



Na janela que aparecerá, devera se colocado o intervalo de tempo da estrutura, que irá de 0.001 à 0.001segundos, conforme mostra a Figura 21.

Figura 21 – Divisão do tempo do passo.



O segundo nome será gravado com o número 2.


18) Excluir a força do ponto ‘A’

-Solution-Define Loads-Delete-Structural-Force/Moment-On Nodes

Selecionar o ponto onde há a força, no nosso caso o ponto ‘A’ no nó 3.

-Ok

Na janela, selecionar qual a direção da força que se quer excluir, que para nós será a direção X, conforme Figura 23.

Figura 23 – Seleção da direção da força a ser excluída.

Figura 24 - Estrutura sem a força aplicada no ponto A.



Na janela que aparecerá, devera se colocado o intervalo de tempo da estrutura, que irá de 0.01 à 0.001segundos, conforme mostra a Figura 25.

Figura 25 - Divisão do tempo do passo.



O terceiro nome será gravado com o número 3.


21) Resolução dos arquivos gravados com os nomes

-Solution-Solve-From LS Files

Deve-se selecionar o número do arquivo inicial, final e o número total de arquivos, conforme a Figura 27.-Ok

Figura 27 - Números dos arquivos gravados.

Aparecerá uma janela de texto, se nela estiver escrito "Solution is done!", é que o procedimento foi elaborado corretamente, obtendo a solução. Deve-se então prosseguir com a análise.

Figura 28 - Janela confirmando que o procedimento da análise está correto.

22) Solução da variável do tempo

-Time Hist Postpro-ADD Data-DOF Solution-X-Component of displacement-Ok

Selecionar o ponto a analisar, que será o nó 3 (ponto A), conforme Figura 29.

-Ok

Figura 29 - Seleção do ponto a analisar.

Figura 30 - Janela com os valores das variaveis do ponto A.

Deve-se então gerar um gráfico de análise da estrutura, clicando no íncone ‘Graph Data’. Gerase então o gráfico abaixo:

Figura 31 – Gráfico da estrutura sem o amortecimento.

23) Solução com amortecimento

-Solution-Load Steo Opts-Read LS File

Seleciona o arquivo gravado com o nome 1.

Figura 32 - Seleção do arquvo para analisar com amortecimento.

-Time/Frequenc-Damping

Insere-se então os valores de amortecimento, dado pelo professor no tutorial.

Figura 33 - Janela com os valores do amortecimento.


Deve-se selecionar o primeiro arquivo gravado com o nome 1.

Figura 34 - Janela para solução do arquivo1.



Figura 35 - Janela para solução do arquivo 2.











-Solution-Define Loads-Delete-Structural-Force/Moment-On Nodes

Selecionar o ponto onde há a força, no nosso caso o ponto ‘A’ no nó 3.

-OkNa janela, selecionar qual a

direção da força que se quer excluir, que para nós será a direção X.

-Ok




-Solution-Solve-From LS Files

Deve-se selecionar o número do arquivo inicial, final e o número total de arquivos, conforme a Figura 41.

-Ok

Figura 41 - Números dos arquivos gravados.

24) Solução da variável do tempo

-Time Hist Postpro-ADD Data-DOF Solution-X-Component of displacement-Ok

Selecionar o ponto a analisar, que será o nó 3 (ponto A).

-Ok

Deve-se então gerar um gráfico de análise da estrutura, clicando no íncone ‘Graph Data’. Gerase então o gráfico abaixo:

Figura 41 - Gráfico da estrutura com o amortecimento.

Discussões e Conclusões

Após a realização das análises dinâmicas da estrutura, com as figuras geradas e os valores obtidos, concluiu-se que

Referências

[1] Apostila ANSYS UFPR, disponível em: www.cesec.ufpr.br/pet/biblioteca/temporada

/ANSYS.pdf

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