METODOLOGIAS PROGRESSIVAS PARA A ANÁLISE DA ITERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM BARRAGENS DE CONCRETO

Documentos relacionados
ANÁLISE DE CONVERGÊNCIA UM QUADRO DE BICICLETA DO TIPO MOUNTAIN BIKE

diferenças finitas. Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Estadual do Oeste do Paraná - Cascavel - PR - Brasil

ANÁLISE NUMÉRICA DE PLACA DE MATERIAL COMPÓSITO DE APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DE ENERGIA EÓLICA

I. Fazer uma revisão dos modelos poroelásticos de Biot e Rice & Cleary

MÉTODO DE RUNGE-KUTTA APLICADO À DEFLEXÃO DE VIGA 1 RUNGE-KUTTA METHOD APPLIED TO BEAM DEFLECTION

MÉTODOS NUMÉRICOS APLICADOS À ENGENHARIA

0RGHODJHP&RPSXWDFLRQDO$WUDYpVGR3URJUDPD$%$486

Análise Dinâmica de uma plataforma mista aço-concreto de uma estação de carregamento de materiais

AVALIAÇÃO DO ENRIQUECIMENTO POLINOMIAL NO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS GENERALIZADOS EM ELEMENTOS TRIANGULARES

Relatório técnico final do projeto Estimativa de Erros de Discretização em Dinâmica dos Fluidos Computacional

Professor: Juan Julca Avila. Site:

Estudo analítico e numérico do espalhamento acústico

As equações governantes do problema poroelástico têm duas parcelas:

10 Considerações Finais

UM ESTUDO DO ACOPLAMENTO BARRAGEM EM ARCO- RESERVATÓRIO SOB AÇÃO DE UM SISMO

5 Descrição do modelo estrutural

ESTUDO NUMÉRICO DO DESLOCAMENTO DE FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS

SIMULAÇÃO DE UM ESCOAMENTO BIFÁSICO ÓLEO- ÁGUA EM RESERVATÓRIO DE PETRÓLEO

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica da UFABC. Disciplina: Fundamentos de Mecânica dos Sólidos II. Lista 2

ANÁLISE ESTÁTICA DE CHASSI BASEADA EM UM MODELO FORMULA SAE UTILIZANDO ANSYS

4 Exemplos de verificação

Modelagem Numérica de Flexão de Placas Segundo a Teoria de Kirchhoff

6 Exemplos Numéricos no Domínio da Frequência

Capítulo 1. INTRODUÇÃO

ANÁLISE PRELIMINAR DE VIBRAÇÕES EM ESTRUTURAS DE BARRAGENS

4 Exemplos de validação

4 Modelo Numérico Computacional

Acidentes causados a partir de trincas/fissuras em estruturas são comuns na história da engenharia (Figura 1.1).

PONTE RETICULADA EM MADEIRA

ESTADO DE MATO GROSSO SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP DEPARTAMENTO DE

Contribuição técnica nº 1

3. Materiais e Métodos

CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO EMENTAS º PERÍODO

CSEM4011 Mecânica Geral I CSEM4010 Cálculo B. CSEM4014 Mecânica dos Sólidos I

6 Análise Dinâmica. 6.1 Modelagem computacional

6 Modelos Numéricos Computacionais 6.1 Introdução

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Departamento de Engenharia de Estruturas Curso de Especialização em Estruturas TRABALHO FINAL

V SEMINÁRIO E WORKSHOP EM ENGENHARIA OCEÂNICA Rio Grande, 07 a 09 de Novembro de 2012

Programa Analítico de Disciplina MEC494 Introdução à Análise por Elementos Finitos

5 Análise dos Resultados

LOM Teoria da Elasticidade Aplicada

DETERMINAÇÃO DA FORÇA DEVIDA AO VENTO EM ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS ALTOS SEGUNDO DUAS VERSÕES: A SUGERIDA PELA NBR 6123 E OUTRA SIMPLIFICADA.

Prefácio... Notação... XIII

Os modelos numéricos propostos foram elaborados a partir do elemento Shell 63 disponibilizado na biblioteca do programa ANSYS.

2 Formulação Matemática e Modelagem Computacional

Análise Matricial de Estruturas com orientação a objetos

ESTRUTURAS CURRICULARES

5 Simulação Numérica e Validação Experimental

Resumo. Palavras-chave. Pontes; distribuição transversal de carga; modelo bidimensional. Introdução

Um modelo do Método dos Volumes Finitos com malha não estruturada

RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS

Comparação de Desempenho entre o Método dos Elementos de Contorno com Integração Direta e o Método dos Elementos Finitos em problemas de Poisson

Mecânica de Fluidos Computacional I

UMA MODIFICAÇÃO AO MÉTODO DO COEFICIENTE SÍSMICO INCLUINDO OS EFEITOS DE COMPRESSIBILIDADE DO FLUIDO

CONTEÚDOS PROGRAMADOS. (Análise Computacional de Tensões EEK 533)

1. Introdução 1.1. Considerações Gerais

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ELEMENTOS FINITOS PARA ANÁLISE DE ESTRUTURAS

Fenômenos de Transporte Departamento de Engenharia Mecânica Angela Ourivio Nieckele

6 Modelo numérico computacional

de maior força, tanto na direção normal quanto na direção tangencial, está em uma posição no

4 EXTENSÃO DAS FORMULAÇÕES AO PROBLEMA DO ACOPLAMENTO FLUIDO-MECÂNICO

Capítulo 5 Validação Numérica. 5 Validação Numérica

ESTUDO DO COMPORTAMENTO ESTÁTICO E DINÂMICO DE LAJES NERVURADAS DE CONCRETO ARMADO

SIMULAÇÃO EM CFD DE UM TANQUE DE MISTURA UTILIZANDO DIFERENTES TIPOS DE MALHA

1. Introdução Considerações Gerais

USO DO SOFTWARE ABAQUS NA ANÁLISE NUMÉRICA DE LIGAÇÕES SOLDADAS NA DIREÇÃO DE MENOR INÉRCIA DO PILAR. Alexandre Rossi 1. Carlos Humberto Martins 2

O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS E SUAS APLICAÇÕES NA MODELAGEM DE VEÍCULOS

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Disciplinas em Oferta do 1º semestre de 2019

1 Apresentação Motivação

ESTUDO DE CASO PARA VERIFICAR A SEGURANÇA EM DUTOS COM DEFEITOS DE CORROSÃO

SOLUÇÃO DE UM PROBLEMA UNIDIMENSIONAL DE CONDUÇÃO DE CALOR

CAPÍTULO METODOLOGIA 4.1 INTRODUÇÃO

UENF - COORDENAÇÃO ACADÊMICA -

Relatório de Projeto

Projeto 4. Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos. SME0301-Métodos Numéricos para Engenharia I

MODELAGEM NUMÉRICA E COMPUTACIONAL COM SIMILITUDE E ELEMENTOS FINITOS

Simulação computacional de estruturas de concreto por meio da mecânica do dano. Resumo

26 a 28 de maio de 2010 Associação Brasileira de Métodos Computacionais em Engenharia

Engenharia Biomédica

Determinação da Carga Crítica de Flambagem em Colunas do Tipo Engastada-Articulada segundo os Métodos de Newton

ANÁLISE NÃO LINEAR DE SISTEMAS TRELIÇADOS ESPACIAIS UTILIZADOS PARA ESCORAMENTOS DE ESTRUTURAS DE AÇO E MISTAS

ANÁLISE MODAL EM UMA ESTRUTURA METÁLICA UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

7 Análise de Autovalores e Autovetores

Figura 4.1: a)elemento Sólido Tetraédrico Parabólico. b)elemento Sólido Tetraédrico Linear.

3.1 CRIAR A GEOMETRIA/MALHA;

6. Conclusões e Sugestões

Dinâmica dos Fluidos Computacional

Análise dinâmica de estrutura de base de bombas sobre reservatório Filipe Neri de Souza 1, Lineker Max Goulart Coelho 2

MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS (MEF) -UMA INTRODUÇÃO-

CONTRIBUIÇÃO PARA UMA METODOLOGIA DE ANÁLISE ACOPLADA FLUIDO-ESTRUTURA EM CAVIDADES ACÚSTICAS COM PAREDES FLEXÍVEIS

Legislação: Reconhecido pela Portaria Ministerial nº 759, de 13/10/2006.Publicada no DOU de nº 198, de 16/10/2006, Seção I. Natureza - OBRIGTEÓRICA 36

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE MANCAIS ELASTO-HIDRODINÂMICOS ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

5 Resultados. 5.1 Cenário de Estudo

6. RESULTADOS E DISCUSSÕES

8 Aplicação numérica Primeiro exemplo de aplicação

1 Introdução. 1.1 Generalidades

Simulação numérica de escoamento reativo, transferência de calor e termoelasticidade em motor-foguete parte 2

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM SÓLIDO ELÁSTICO-LINEAR TRANSVERSALMENTE ISOTRÓPICO VIA MHA E VIA MEF

ELEMENTOS FINITOS: ESTUDO DE CASO PARA UMA VIGA EM BALANÇO

Transcrição:

METODOLOGIAS PROGRESSIVAS PARA A ANÁLISE DA ITERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM BARRAGENS DE CONCRETO Jean Baptiste Joseph¹; Paulo Marcelo Vieira Ribeiro² 1 Estudante do Curso de Engenharia Civil- CTG UFPE; E-mail: jbluxe40@yahoo.fr, 2 Docente/pesquisador do Depto de Engenharia Civil CTG UFPE. E-mail: paulo.vribeiro@ufpe.br. Sumário: A consideração, em termos de análise estrutural, da interação fluido-estrutura, consiste em uma importante avaliação nos projetos de engenharia. Essas considerações são aplicadas em diversas situações da engenharia, como por exemplo, o escoamento de ar em torno de edificações ou aeronaves, escoamentos em torno de estruturas navais e avaliação de pressões hidrostáticas em reservatórios de barragens. Dessa maneira foi implementado o Método de Diferenças Finitas para a solução da equação da onda no domínio da freqüência, considerando a interação com vigas ao longo de seus contornos, com o objetivo de solucionar o problema de valor de contorno para cavidades acústicas bidimensionais obtendo assim os modos de vibrações livres do problema. Palavras chave: barragem; fluido-estrutura; método das diferenças finitas; INTRODUÇÃO Na engenharia os efeitos da interação de múltiplos domínios são importantes na avaliação das respostas em termos de deslocamentos e esforços. Como exemplos de Interação Fluido-Estrutura (IFE) surgem: o escoamento do ar em torno de edificações ou aeronaves, escoamentos em torno de estruturas navais e avaliação de pressões dinâmicas em reservatórios de barragens. Atualmente, devido aos avanços na indústria de computadores, as ferramentas numérico-computacionais consistem em meios bastante eficientes para a realização dessas avaliações. Dentre os métodos numéricos mais utilizados para a IFE podem ser citados: o Método das Diferenças Finitas, o Método dos Elementos Finitos e o Método dos Volumes Finitos. Esses consistem em ferramentas para a discretização de problemas fisicamente contínuos, permitindo sua solução a partir do computador. Tendo em vista que os problemas envolvendo fluido possuem um espectro um tanto significativo de considerações, podendo variar desde um escoamento a altas velocidades em torno de uma aeronave até um escoamento de óleos altamente viscosos em um meio poroso, são feitas algumas considerações para a avaliação dos problemas envolvendo cada situação particular. Nesse trabalho foi considerada a interação entre uma cavidade acústica, que consiste em um meio fluido onde não há advecção, apenas a propagação de ondas, e meios flexíveis ou, particularmente, vigas. Dessa maneira foi implementado o Método de Diferenças Finitas para a solução da equação da onda no domínio da frequência, considerando a interação com vigas ao longo de seus contornos, com o objetivo de solucionar o problema de valor de contorno para cavidades acústicas bidimensionais obtendo assim os modos de vibrações livres do problema.

OBJETIVOS Soluções analíticas, semi-analíticas e numéricas para problemas de interação fluido-estrutura em engenharia de barragens. Vide figura 1 Solução analítica do campo de pressões hidrodinâmicas em domínio bidimensionais; Solução analítica para vibração livre e forçada de estruturas reticuladas em meios acústicos; Solução numérica (MDF e MEF) para vibração livre e forçada de estruturas bidimensionais em meios acústicos; Elaboração de procedimentos e rotinas básicas para solução prática da resposta dinâmica estrutural com abordagens analíticas e semi-analíticas do problema. A figura 1 abaixo mostra uma síntese da ideia inicial da pesquisa, porém o trabalho foi até as figuras 1(a) e 1(b) que são os problemas desacoplados. O problema da figura 1(c) não foi estudado pelo aluno durante a vigência da pesquisa, esse último passo do trabalho fica deficiente em termo de resultado e será abordado pelos próximos alunos do grupo da pesquisa. Figura 1. Representação esquemática do problema: (a) Estrutura reticulada (b) Cavidade Acústica (c) Iteração Fluido-Estrutura METODOLOGIA O projeto inicia com um treinamento básico em Equações Diferenciais Parciais, Sistemas de Álgebra Computacional (CAS) e Método das Diferenças Finitas. A primeira etapa do trabalho consiste em treinamento em Dinâmica das Estruturas e Método dos Elementos Finitos. Problemas de valores próprios são estudados na seguinte sequência: (a) estrutura isolada, (b) cavidade acústica isolada, (c) problema acoplado estrutura-cavidade. Na sequência serão investigados os problemas de vibração forçada A segunda etapa contempla as contribuições com o desenvolvimento de soluções analíticas e semi-analíticas, empregando códigos computacionais próprios em Matlab. De forma resumida as etapas no projeto proposto são:

Revisão da literatura; Estudo das equações governantes do domínio fluido 2D e estratégias de solução; Estudo das equações da estrutura 1D e estratégias de solução; Elaboração de modelos numéricos e validação das soluções analíticas; Desenvolvimento de contribuições analíticas, semi-analíticas e numéricas aplicadas ao projeto de barragens. Análise Modal da Estrutura RESULTADOS E DISCUSSÃO O exemplo a seguir consiste em uma analise modal de uma viga de aço engastada e livre com seção quadrada de dimensões unitária e comprimento de 10 m. O material possui 3 peso especifico ρ = 7800 kg / m, modulo de elasticidade E = 200GPa. Os resultados foram comparados com as soluções analíticas, provenientes da resistência das matérias, posteriormente foram obtidos as frequências naturais e modos de vibração correspondentes a cada frequência comparados com os software ANSYS e SAP2000. A figura 2 apresenta o modelo estrutural do problema analisado. Figura 2 Modelo estrutural Viga Engastada e Livre. A Tabela 1 fornece os valores de frequências naturais para a estrutura em análise, esses foram comparados com as frequências obtidas pelo ANSYS, pelo SAP2000 e pela solução analítica do problema. Tabela 1. Erro relativo entre MDF-ANSYS Modo MDF (50 divisões) ANSYS Erros Relativos(%) 1 51.37 51.16 0.41 2 321.48 309.88 3.61 3 898.43 796.98 11.29 4 1756 828.36 52.83

(a) (b) Figura 3 (a) Primeiro modo de vibração da viga (b) Segundo modo de vibração Teste de convergência entre a solução Numérica e Analítica da Cavidade Para validar a metodologia empregada, foi feita um teste de convergência entre o modelo numérico e analítico, no qual foram avaliadas as distribuições de pressões. Foi utilizada quatro malhas que nos permitirá de estudar a influencia do tamanho no refinamento dos resultados obtidos. Figura 4 Pressões na interface Fluido-Estrutura Analítico x Numérico Analisando a figura (4) acima pode-se observa que o tamanho da malha influencia nos resultados, como já era esperado. A malha 50x200 apresenta resultados satisfatórios.

CONCLUSÃO Neste trabalho, desenvolveu uma metodologia que permite calcular as frequências de uma estrutura reticulada e os campos de pressões ao longo da interface estrutura-cavidade de um cavidade acústica, utilizando o Método das diferenças finitas (MDF). Um modelo numérico completo foi proposto para obter soluções aproximadas para o modelo de vigas submetidas à flexão, ou seja a deformação por efeito de cisalhamento não foi considerado neste problema.o código desenvolvido apresentou ótimos resultados comparando com a solução analítica. Esse trabalho procurou dar mais um passo nos estudos relacionados com problema iteração fluido-estrutura, portanto, contribui para sistematizar conceitos e técnicas bem como desenvolvendo metodologias que permitam a evolução de futuras pesquisas, neste sentindo recomenda-se programar um código que permite o acoplamento da estrutura e a concavidade acústica. (ver exemplos abaixo) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SILVA, S. F. Interação Dinâmica Barragem-Reservatório: Modelos Analíticos e Numéricos, Tese de Doutorado em Estruturas e Construção Civil, Publicação E.TD- 05A/07, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 220 p., 2007. RIBEIRO, P. M. V. Uma Metodologia Analítica para a Avaliação do Campo de Tensões em Barragens Gravidade de Concreto durante Terremotos. 162p. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção civil) Departamento de engenharia civil e ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, 2006. RIBEIRO, P. M. V., 2010, Soluções Analíticas para Cavidades Acústicas Bidimensionais com Aplicação ao Estudo da Interação Dinâmica Barragem-Reservatório, Tese de Doutorado, Publicação E.TD-004A/10, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 306 p. RIBEIRO, P. M. V., MELO, C. A. E., PEDROSO, L. J. Semi-Analytical Solution of Dam-Reservoir Interaction in the Fundamental Mode Shape. In: Solid Mechanics in Brazil - 2009. São Paulo: ABCM - Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas, 2009, p. 445-473. PUBLICAÇÕES NO PERÍODO DE VIGÊNCIA DA BOLSA 01 Integração Matlab-Gid em código com interface gráfica para solução de problemas de elasticidade bidimensional(cilamce/ Fortaleza 2014