Orientador: Fernando Iguti

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação de Elementos Finitos para a análise estática e dinâmica de estruturas pênseis para coberturas construídas a partir de cabos flexíveis de aço de alta resistência. Elementos finitos de dois nós, que admitem grandes deslocamentos e equações constitutivas...

Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação de Elementos Finitos para a análise estática e dinâmica de estruturas pênseis para coberturas construídas a partir de cabos flexíveis de aço de alta resistência. Elementos finitos de dois nós, que admitem grandes deslocamentos e equações constitutivas não lineares, são usados para discretizar cabos livremente suspensos, cabos-treliça e redes tridimensionais. Esses elementos são acoplados a elementos convencionais de pórtico (pequenos deslocamentos e pequenas deformações) usados para discretizar a estrutura de apoio dos cabos. O modelo admite forças nodais conservativas, alongamento de cabos para a introdução de forças de protensão e variações de temperatura (nos cabos). Configurações de equilíbrio estático sâo obtidas pela minimizaçã.o da Energia Potencial Total, com o emprego de um algoritmo do tipo quase-Newton (self-scale quasiNewton algorithm). Esse algoritmo é também usado para a determinação de configurações iniciais de redes tridimensionais pela minimização da Energia Potencial Total,com restrições de igualdade em deslocamentos. A Energia Potencial rotal é escrita como função dos deslocamentos nodais e dos alongamentos de protensão para a determinação automática dos valores dos alongamentos que garantem tensões de tração em qualquer cabo iguais ou maiores que um valor previamente especificado. Freqüências e modos próprios de vibração, para pequenas oscilações em torno de uma configuração de equilíbrio estático, são determinadas com a solução de uma expressão linearizada da equação de equilíbrio dinâmico. A resposta dinâmica é obtida pela integração no tempo da equação de equilíbrio dinâmico, com um algoritmo implícito baseado no esquema de Newmark. Uma configuração de equilíbrio em um dado instante é associada a um ponto de mínimo da Energia Total, obtido com o algoritmo quase-Newton acima citado

Abstract: This work presents a finite element approach to static and dynamic analysis of counterstressed cable structures. Two nodes, constant strain finite elements are used to model hanging cables, plane prestressed cable trusses and 3-D prestressed cable networks. The two nodes elements are...

Abstract: This work presents a finite element approach to static and dynamic analysis of counterstressed cable structures. Two nodes, constant strain finite elements are used to model hanging cables, plane prestressed cable trusses and 3-D prestressed cable networks. The two nodes elements are assembled with tniss, beam and frame elements to the static analysis or mixed (composite) structures. The theorem of minimum total potential energy is used to determine static equilibrium configurations of the described mixed structures. The nonlinear problem or equilibrium is solved through a self-scaling quasi-Newton algorithm. The concept of reduced length at the undeformed configuration is introduced to evaluate the effect of prestressing forces and temperature changes. The initial shape or prestressed networks is determined by constrained minimization of the total potential energy. A modified formulation of the two nodes element is used to automatically determine the reduced length of each element or the network in order to assure that all elements are in tension at the equilibrium configuration, to a given external load. A linearized dynamic equilibrium equation is used to determine natural frequencies and modes of prestressed cable nets. Dynamic equilibrium configurations are determined by minimizing the Total Energy or the network