Artigos em congressos


Ambiente gráfico interativo para simulação computacional de estruturas em concreto armado

Pâmela Daniela Nogueira; Leandro Lopes da Silva

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

O uso de estruturas em concreto armado é bastante difundido e, desse uso, surge a necessidade de desenvolver modelos de análise específicos para este tipo de estrutura que forneçam resultados confiáveis. Para o desenvolvimento destes modelos, deve-se considerar que o concreto armado é composto por dois tipos de materiais distintos, o que torna o comportamento do conjunto mais complexo. Neste contexto, modelos baseados no Método dos Elementos Finitos têm se mostrado recursos eficientes por serem capazes de fornecer resultados satisfatórios para a análise deste tipo de estrutura. Usualmente, a modelagem de estruturas em concreto armado considera que há compatibilidade de deformações entre o aço e o concreto. No entanto, esta premissa não é suficiente para representar o comportamento de algumas estruturas, nas quais existem regiões em que as tensões de aderência são muito altas e ocorre a danificação do concreto nas proximidades da interface aço-concreto, o que leva ao escorregamento da armadura. Nestes casos, oco re a perda de aderência entre os dois materiais, comprometendo a transferência de esforços. De forma a atender à necessidade de considerar o fenômeno da perda de aderência, o presente trabalho apresenta uma interface gráfica interativa implementada no sistema INSANE, que suporta a análise de estruturas em concreto armado com modelos de armadura discreta e embutida, considerando ou não a perda de aderência. O sistema INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment) é um software livre desenvolvido no Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais.


Computational system for physically non-linear thermal analysis

Guilherme Garcia Botelho, Rodrigo Guerra Peixoto, Roque Luiz da Silva Pitangueira

ENCIT 2018 - 17th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering , Águas de Lindóia , 2018

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Resumo (em inglês)

The present work concerns the inclusion of functionalities into the free software INSANE – INteractive Structural ANalysis Environment for the physically non-linear thermal analysis in solid bodies by the Finite Element Method when the physical properties of the material are temperature dependent. INSANE is a multi-platform object-oriented computational system being developed at the Federal University of Minas Gerais – UFMG. Once the physical properties are temperature dependent, Newton’s iterative method is used to calculate the desired solution. The implementation was tested comparing the numerical results to analytical solutions available in the literature. The segmentation and generalization of the INSANE’s numerical core allowed the reuse of the existing classes to support the software expansion.


Estratégias computacionais para introdução de heterogeneidade material em modelos do Método dos Elementos Finitos

Marcella Passos Andrade, Humberto Alves da Silveira Monteiro, Roque Luiz da Silva Pitangueira

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

Em uma escala suficientemente pequena todos os materiais são heterogêneos e essa não homogeneidade do meio pode ser interpretada como causa de complexos comportamentos mecânicos de uma vasta gama de materiais de engenharia, fenômenos estes que podem variar de uma simples indução de concentração de tensões à acentuação da danificação do meio. No caso de materiais frágeis e parcialmente frágeis, por exemplo, é diretamente responsável pela resposta não linear obtida. Já em meios lineares (ou elastoplásticos) pode distorcer totalmente a distribuição dos campos internos do domínio, induzindo regiões com maior concentração de deformações. Dessa forma, justifica-se um estudo focado na capacidade de introdução dessa característica material na análise numérica, quer seja no desenvolvimento de estratégias computacionais apropriadas para tal, quer seja na avaliação aprofundada dos métodos numéricos utilizados. A introdução da heterogeneidade em um modelo simples do Método dos Elementos Finitos (MEF) pode ser explícita, com modelagem da morfologia da mesoescala interna do material, valendo-se de algoritmos específicos de distribuição de partículas, ou implícita, com a atribuição aleatória das propriedades materiais ao longo de todo o domínio. Esse artigo tem como objetivo discutir a influência da heterogeneidade material em análises via Método dos Elementos Finitos, nas quais as abordagens anteriormente referidas para incorporação da não homogeneidade do meio são integradas aos experimentos numéricos através de distintas estratégias computacionais. Exemplos bidimensionais em estado plano são apresentados. Destaque é dado a diferentes tratamentos para as malhas, registrando-se uma discussão sobre o desempenho de cada um deles. O trabalho foi desenvolvido no sistema INSANE (INteractive Structural Analysis Environment), um software livre desenvolvido na Universidade Federal de Minas Gerais.


Método dos Elementos Finitos Generalizados: um estudo da aplicação em problemas de fratura elástica 3D

Karla Fernanda dos Santos, Felício Bruzzi Barros

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) foi consolidado no campo científico como uma ferramenta muito útil na resolução de modelos estruturais complexos usando uma abordagem aproximada efetiva para representar a existência de trincas e outros microdefeitos. Trata-se de uma formulação não-convencional do Método dos Elementos Finitos (MEF), na medida em que há a expansão do campo de soluções a partir da utilização de funções de enriquecimento associadas aos nós. As funções de enriquecimento podem ser funções singulares derivadas de deduções analíticas, funções polinomiais ou mesmo funções resultantes de outros processos de solução, como a estratégia Global-Local. O INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment) é uma plataforma computacional em desenvolvimento do Departamento de Engenharia de Estruturas (DEES) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e tem como objetivo analisar estruturas de interesse da engenharia. Em sua atual versão, é capaz de resolver problemas através de diversos modelos de análise de qualquer dimensão utilizando o MEFG. Este trabalho apresenta a expansão do sistema para contemplar a possibilidade de utilizar diferentes funções de enriquecimento em modelos tridimensionais, como, por exemplo, aquelas obtidas com a abordagem da técnica Global-Local. Os exemplos numéricos da Mecânica de Fratura Elástica Linear são apresentados para validar a implementação proposta. Assim, demonstra-se a eficiência da análise de modelos tridimensionais que desenvolvem campos de tensões contendo singularidades utilizando o Método dos Elementos Finitos Generalizados, aliados à técnica Global-Local, e sugere-se, então, que esta metodologia seja aplicada a modelos com configurações ainda mais complexas do ponto de vista espacial.


Object oriented framework for multiphysics analysis

G. G. Botelho, H. A. S. Monteiro, R. G. Peixoto, R. L. S. Pitangueira

CILAMCE 2018 – XXXIX Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Paris/Compiègne , 2018

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Resumo (em inglês)

The present work shares the new features included in the open source software INSANE (Interactive Structural Analysis Environment) for managing and solving multiphysics engineering problems. The implementation described in this paper focuses on the thermomechanical problem when the material’s physical properties are temperature dependent and the problem is analyzed accordingly to the Finite Element Method (FEM). The suggested framework is based on a new entity, called Simulation Manager, responsible for setting up the analysis parameters for each physics, for controlling the solution process and for managing the data to be transferred from one analysis to the other. Both analysis are carried out using the same discrete model. Since the software is written according to the Object Oriented Programming, the existing resources for solving single-physics problems could be combined to minimize code repetition. The implementation was tested and validated by solving problems whose analytical solutions are available in the literature.


Paralelização da montagem de sistemas de equações para o Método dos Elementos Finitos

Gabriela Moreira Azevedo, Samuel Silva Penna, Ramon Pereira da Silva

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

Neste trabalho, apresenta-se a implementação de um procedimento de paralelização da montagem do sistema de equações lineares do método dos elementos finitos. A implementação foi realizada no sistema computacional INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), que é desenvolvido em Java segundo o paradigma de Programação Orientada a Objetos. Para tal fim, foram utilizadas as bibliotecas METIS, especializada em particionamento de grafos, e MPJ-Express, uma implementação JAVA para o padrão MPI (Message Passing Interface) de computação paralela.


Processo incremental-iterativo para análise fisicamente não linear de estruturas via Método dos Elementos Finitos Generalizados

Larissa Novelli, Humberto Alves da Silveira Monteiro, Gabriela Marinho Fonseca, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Felício Bruzzi Barros

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

O presente trabalho apresenta a solução de um modelo estrutural em estado plano de tensão e com não linearidade material utilizando o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) aliado à estratégia global-local de análise. No mecanismo implementado, um problema local é extraído do domínio global, em torno de uma região onde há uma maior concentração de deformações, refinado e solucionado com imposição de condições de contorno de Dirichlet, oriundas do problema global. A análise não linear se dá no modelo global e um problema local é resolvido ao final de cada passo incremental convergido. Para a solução local utiliza-se da rigidez secante e do estado corrente do meio material, resultante da transferência das variáveis constitutivas entre os dois modelos considerados. A solução local obtida enriquece o problema global valendo-se das prerrogativas do MEFG. Como processo incremental-iterativo adota-se o método de Newton-Raphson com diversos métodos de controle. Modelos constitutivos e leis materiais apropriados para representação de meios com degradação elástica são utilizados. As implementações computacionais foram realizadas no sistema INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), um projeto de software livre desenvolvido pelo Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais.


Software erosion on a structural analysis software – A case study

Flavio Torres da Fonseca, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna

CILAMCE 2018 – XXXIX Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Paris/Compiègne , 2018

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Resumo (em inglês)

The INSANE (Interactive Structural Analysis Software) is being developed by the Structural Engineering Department of Federal University of Minas Gerais (DEES/UFMG) since 2002. Through these years, the system has evolved from a simple 2D frame element analysis software to a very complex system, with many different methods, elements, constitutive models and solution types. However, the system also suffered from a well known phenomena called software erosion: a slow deterioration of software performance over time. In this paper, the INSANE system will be briefly described and a diagnosis of its actual state will be presented. Software erosion causes, consequences and possible solutions or preventions will be discussed.


Steady state heat conduction modeling by the Generalized Finite Element Method

Humberto Alves da Silveira Monteiro, Guilherme Garcia Botelho, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Rodrigo Guerra Peixoto, Felício Bruzzi Barros

ENCIT 2018 - 17th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering , Águas de Lindóia , 2018

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Resumo (em inglês)

The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical technique suitable to solve a wide range of engineering continuum mechanics problems. Dating back to the mid-1990’s, the GFEM is a relatively new numerical method which incorporates enrichment functions to the partition of unity and, by doing so, is more flexible and less mesh-dependent than the standard finite element formulation. In particular, it is a convenient tool in the study of heat transfer phenomena, being able to provide numerical solutions for the distribution of thermal energy inside a domain subjected to high temperature gradients. In that sense, this work presents the computational implementation of the GFEM to thermal problems. Validation examples of two-dimensional steady state conduction models are presented in order to illustrate the performance of the method in these cases. The work were executed in the INSANE system (INteractive Structural ANalysis Environment), a free software of high-level scientific research on numerical methods developed in the Department of Structural Engineering of the Federal University of Minas Gerais, Brazil.


Técnica de parametrização cartesiana para análise de localização de deformações

Lucas Aleksander Faccini Fioresi, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna

XIII SIMMEC 2018 - Simpósio de Mecânica Computacional , Vitória , 2018

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Resumo

Este trabalho objetiva descrever o uso da técnica de parametrização cartesiana em uma análise de localização de deformações desvinculada da escolha de modelos constitutivos. A implementação proposta foi realizada na plataforma INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), um projeto de código aberto desenvolvido pelo Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais. O fenômeno de localização de deformações consiste no surgimento de uma região estreita no material onde deformações inelásticas e fenômenos irreversíveis tendem a se concentrar. Ele pode ser observado experimentalmente em materiais parcialmente frágeis, metais e geomateriais. A localização possui efeito prejudicial na integridade da estrutura e age como precursor da falha estrutural. Em simulações numéricas, a localização de deformações resulta na perda de elipticidade das equações diferenciais governantes do problema de valor de contorno, tornando-o mal-posto. A análise de localização de deformações está associada a descontinuidades fracas e instabilidades materiais que ocorrem durante uma análise fisicamente não linear de estruturas. A singularidade do tensor acústico é considerada como condição clássica para a localização de deformações e pode ser avaliada de maneira independente de modelo constitutivo. Neste contexto, a análise de localização consiste na busca por um vetor de direção unitário que torna o tensor acústico singular. Este vetor unitário é normal à superfície de descontinuidade no corpo, criada pelo fenômeno de localização de deformações. Numericamente, a análise de localização pode ser abordada como um problema de otimização do determinante do tensor acústico. A direção do vetor unitário pode ser parametrizada através de diferentes técnicas. Em cenários nos quais a região de degradação material é conhecida, a parametrização cartesiana mostra-se mais eficiente na detecção de pontos de interesse (mínimos do determinante do tensor acústico) quando comparada às técnicas tradicionais, como a parametrização esférica. Ao final de uma análise de localização, obtém-se informações pertinentes a métodos de regularização do contínuo. Em uma análise multiescala, pontos de instabilidade material podem ser utilizados para definir domínios locais.


Análise geometricamente não linear por métodos baseados na Partição da Unidade

Lorena Leocádio Gomes, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo

Este artigo apresenta um projeto de implementação computacional para a solução de problemas com não linearidade geométrica por meio do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), um método que pode ser considerado como uma instância do Método da Partição da Unidade (MPU). Na análise com não linearidade geométrica, tem-se uma significativa distorção da malha de elementos devido aos efeitos de grandes deslocamentos e deformações considerados no cálculo estrutural, que penalizam a aproximação da solução feita a partir do MEF. No entanto, constata-se que o MEFG é menos propenso a ser influenciado por esta distorção na malha, o que o torna mais vantajoso para este tipo de análise. Assim, um ambiente computacional existente e desenvolvido no Departamento de Engenharia de Estruturas (DEES) da UFMG, que possui meios que permitem análises estruturais lineares e não lineares, foi expandido de forma a realizar as análises com não linearidade geométrica através do MEFG. Como forma de validar a implementação desta expansão, os resultados de simulações numéricas, para este tipo de análise, são comparados com resultados encontrados na literatura.


Análise linear de problemas bidimensionais da Mecânica da Fratura pelo Método dos Elementos Finitos Generalizados Estável

Thaianne Simonetti de Oliveira, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Leandro Lopes da Silva, Neimar Aparecido da Silveira Filho

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo

O presente trabalho avalia o desempenho do Método dos Elementos Finitos Generalizados Estável (MEFGE) na análise linear de problemas bidimensionais da Mecânica da Fratura. Para tal, diferentes estratégias de enriquecimento são investigadas, a partir da utilização, enquanto enriquecimento, de funções que simulem descontinuidade (funções de Heaviside, padrão e linearizada) e funções que descrevam o comportamento da trinca. Essas estratégias são empregadas em malhas aninhadas para uma chapa submetida a estado plano de tensões em duas situações distintas. Avaliam-se as taxas de convergência do MEFGE, bem como as normas energia do erro e os valores verificados para o número de condicionamento, contrapondo-os com os resultados obtidos para o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG).


Dependence of step size in the continuum strong discontinuity approach using the Boundary Element Method

T.S. Mendonça, R.G. Peixoto, G.O. Ribeiro

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo (em inglês)

The failure analysis in structures is extremely important since it allows to evaluate the safety degree and the integrity of structural systems. However, despite the increasing use of numerical methods in the study of material failures in the last years, the boundary element method is still little used when compared to domain methods. Thus, in this work it is analyzed the failure mechanics in some classical problems through the continuum strong discontinuity approach. In this way, it is used the implicit formulation of the boundary element method for nonlinear problems to shown the dependence of the step size when the cells with embedded discontinuity are generated only after step convergence or during any iteration, respectively, in the incremental-iterative process. For this purpose, the same problem was analyzed considering these two cases and also different numbers of steps. It was verified that the results are coincident for all numbers of steps considered in the simulations when cells are generated during any iteration, showing step size independence in this case, while the same is not true for the case of cells generated only after convergence, in which a large numbers of steps is required for well accuracy.


Desempenho da partição da unidade de elevada regularidade na modelagem do comportamento fisicamente não linear de meios parcialmente frágeis

Débora Coelho Cordeiro Pinheiro, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo

No Método hp-Clouds as funções de forma são construídas a partir do produto da Partição de Unidade (PU) com funções de enriquecimento. Uma forma simples de se construir a PU é através das funções de Shepard, que possuem continuidade diretamente relacionada à continuidade das funções peso empregadas na sua construção. Na resolução de certas classes de problemas estruturais, como problemas com plasticidade, dano ou propagação de trincas, a obtenção de campos de tensão contínuos entre as células de integração pode ser vantajosa. A utilização de aproximações de alto grau de continuidade elimina as descontinuidades do campo de tensões entre células de integração. Tais aproximações podem ser construídas a partir do procedimento de Edwards, modificado para nuvens não convexas, onde a PU é obtida através de Funções de Shepard e funções de distância especiais. Este procedimento proporciona a obtenção de funções aproximadoras de continuidade do tipo Ck, com k arbitrário. O desempenho
destas funções para a descrição da distribuição de dano em meios parcialmente frágeis é avaliada em exemplos numéricos, em que a qualidade da integração numérica é avaliada, resolvidos na plataforma computacional INSANE (Interactive Structural Analysis Environment).


Implementação computacional de um modelo numérico para simulação do processo de fissuração em meios parcialmente frágeis

Leandro Lopes da Silva, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna, Felício Bruzzi Barros

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo

Este artigo apresenta a implementação computacional de um modelo numérico para simulação do processo de fissuração em meios bidimensionais parcialmente frágeis. A análise fisicamente não linear se inicia empregando-se o Método dos Elementos Finitos Padrão (MEF), com o qual se simula a degradação inicial do meio de forma distribuída por meio de modelos constitutivos que consideram que o meio, apesar de degradado, permanece contínuo. O estágio limiar de nucleação de fissuras é indicado pela singularidade do tensor acústico, característica que fornece a condição clássica de localização de deformações. A presença das trincas é simulada com método cinemático que incorpora as descontinuidades por meio de interpolações enriquecidas, com base no Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), ao passo que a propagação destas trincas é também indicada pela singularidade do tensor acústico. As forças de coesão atuantes nos planos das trincas são simuladas ao se incorporar ao processo de enriquecimento um modelo constitutivo discreto, que consiste na relação entre tensões e deslocamentos no caminho da trinca e se baseia no conceito de fissura coesiva. Este modelo apresenta a vantagem da não necessidade de definição prévia da região de nucleação e do caminho da trinca ou de redefinição da malha durante o processamento. As implementações foram realizadas na plataforma INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment).


Interactive graphical application for modeling reinforced concrete structures

Pamela Daniela Nogueira, Roque Luiz da Silva Pitangueira

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo (em inglês)

The advent of computer methods combined with the large amount of studies related to the structural engineering field, and, more specifically, related to structures in reinforced concrete, leads to the development of numerical models that improve the prediction of the behavior of these structures. Among several developed models, the models based on the Finite Element Method (FEM) have shown to be powerful tools for the analysis of reinforced, simple and prestressed concrete structures. In this context, the inclusion of the reinforcement in the analysis of reinforced concrete structures can be made using three different models: discrete reinforcement model, embedded reinforcement model and smeared reinforcement model. In the first two models, the phenomenon of bond-slip can be included, making them more realistic and, therefore, more popular. In this sense, this paper presents an interactive graphical application for modeling reinforced concrete structures by FEM, allowing to considering the bond-slip phenomenon. The reinforcement is incorporated through discrete model, with bond-slip phenomenon simulated by nodal springs or by contact elements. The INSANE system (INteractive Structural ANalysis Environment), a free software developed at the Department of Structural Engineering of the Federal University of Minas Gerais, is used in the implementation.


Método dos Elementos Finitos Generalizados aplicado a problemas de fratura elástica em 3D

Karla Fernanda dos Santos, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo

O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) foi consolidado no campo científico como uma ferramenta muito útil na resolução de modelos estruturais complexos usando uma abordagem aproximada efetiva para representar a propagação de trincas e outros microdefeitos. Trata-se de uma formulação não convencional do Método dos Elementos Finitos (MEF), na medida em que há a expansão do campo de soluções a partir da utilização de funções de enriquecimento associadas aos nós. As funções de enriquecimento podem ser funções singulares derivadas de deduções analíticas, funções polinomiais ou mesmo funções resultantes de outros processos de solução, como a estratégia Global-Local. O INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment) é uma plataforma computacional em desenvolvimento do Departamento de Engenharia de Estruturas (DEES) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e tem como objetivo analisar estruturas de interesse da engenharia. Em sua atual versão, é capaz de resolver problemas da Mecânica da Fratura Linear Elástica. Propõe-se a expansão do sistema para contemplar a possibilidade de utilizar diferentes funções de enriquecimento em modelos tridimensionais, como, por exemplo, funções que contêm singularidades e, futuramente, aquelas obtidas com a abordagem da técnica Global-Local. Os exemplos numéricos da Mecânica de Fratura Elástica Linear são apresentados para validar a implementação proposta.


Micropolar formulation for regularization of material instabilities in scalar damage models

Lapo Gori, Samuel Silva Penna, Roque Luiz da Silva Pitangueira

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo (em inglês)

Strain localization is an important issue in the numerical modelling of the physically non-linear behaviour of quasi-brittle materials. Scalar damage models, and the wider class of elastic-degrading models, commonly used for the representation of quasi-brittle media, may suffer for material instabilities due to their strain-softening behaviour. When analyzed numerically with the finite element method, a set of pathological phenomena may appear, hence affecting the quality of the simulations. The micropolar continuum formulation has been showed, in the past, to be a valid alternative for the mitigation of localization issues in elasto-plastic models and, recently, also in the case of scalar damage models. This papers aims to investigate the regularization properties of the micropolar theory when applied to a scalar damage model, and to evaluate the effects of the micropolar material parameters (the Cosserat’s shear modulus and the internal bending length) on the onset of material instabilities. Analytical investigations are performed, in order to evaluate the onset of material instabilities with a proper localization indicator. Numerical simulations with the finite element method are also provided, in order to show the regularization properties of the adopted formulation.


Multiscale strategy for the analysis of softening media using the Generalized Finite Element Method

Humberto Alves da Silveira Monteiro, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Felício Bruzzi Barros

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo (em inglês)

All the materials are heterogeneous in some sufficiently small length scale and in the case of quasi-brittle media it is exactly the inhomogeneous nature of the continuum that accounts for many of the phenomena captured in structural level, especially the prominent nonlinear mechanical behavior. In that sense, this work proposes the adoption of the Generalized Finite Element Method associated with the Global-Local methodology (GFEM-GL) to build a different multiscale strategy able to model general strain softening materials, especially quasibrittle media and its main archetype, the concrete. In an incremental-iterative scheme, the solution of an initial global boundary value problem (macroscale) generates boundary conditions to local domains (mesoscale). Then the solution of the inhomogeneous local problems numerically creates enrichment functions for the global domain and the constitutive response of the non-linear material. Lastly, the enriched global problem is processed again. At the current stage, the material morphology has been modeled using a stochastic-heuristic algorithm and numerically treated by the Finite Element Method, one of the many possible options to handle the local/meso problem. The work has been carried out within the INSANE system (INteractive Structural Analysis Environment), a free software developed at the Federal University of Minas Gerais-Brazil.


Non-local constitutive modelling by the Boundary Element Method

Rodrigo G. Peixoto, Samuel S. Penna, Gabriel O. Ribeiro, Roque L. S. Pitangueira

CILAMCE 2017 – XXXVIII Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Florianópolis , 2017

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Resumo (em inglês)

The conventional (local) constitutive modelling of materials exhibiting strain softening behaviour is suceptive to a spurious mesh dependence caused by numerically induced strain localization. Also, for very refined meshes, numerical instabilities may be verified, mainly if the simulations are performed by the boundary element method. An alternative to overcome such difficulties is the adoption of the so called non-local constitutive models. In this approach, some internal variables of the constitutive model in a single point are averaged considering its values of the neighbouring points. In this paper, the implicit formulation of the boundary element method for physically non linear problems is used with non-local isotropic damage models. It is shown that the analysis become more stable in comparison to the case of a local application of the same models and that the results recover the desired objectiveness to mesh refinement.


Métodos da Partição da Unidade para análise não linear de estruturas

Débora Coelho Cordeiro Pinheiro, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Samuel Silva Penna

XXXVII Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Brasília , 2016

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A Partição da Unidade (PU) pode ser obtida de diferentes maneiras. Ela pode ser baseada em malha, construída a partir do Reproducing Kernel Particle Method (RKPM) ou do Moving Least Squares (MLS). A PU pode também ser construída a partir de funções de Shepard, um caso particular das funções obtidas através do MLS. Nos métodos da Partição da Unidade, as funções de forma são construídas pelo produto da PU com funções de enriquecimento especialmente escolhidas. As funções de enriquecimento podem ser polinomiais, para aumentar a consistência da solução, não polinomiais, para modelar singularidades tais como fissuras, vazios, heterogeneidades, ou até mesmo numéricas. A propriedade da PU garante que combinações lineares das funções de forma pode representar qualquer uma das funções de enriquecimento empregadas. A performance dos métodos da PU é avaliada em um exemplo numérico de análise fisicamente não linear na plataforma INSANE (Interactive Structural Analysis Environment).


Partição da Unidade com elevada regularidade para a análise de estruturas

Débora Coelho Cordeiro Pinheiro, Felício Bruzzi Barros, Roque Luiz da Silva Pitangueira

XXXVI Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Rio de Janeiro , 2015

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No Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) a aproximação é construída com base em funções de Partição da Unidade (PU) enriquecidas pela sua multiplicação por funções especialmente escolhidas para o tipo de solução a ser descrita. Esta é a mesma estratégia proposta no Método Sem Malha das Nuvens hp. A principal diferença entre estas duas abordagens de aproximação numérica para problemas de valor de contorno é o tipo de PU adotado. No MEFG são utilizadas as funções Lagrangianas de primeira ordem de continuidade C0, também empregadas nas formulações do Método dos Elementos Finitos. Já no Método das Nuvens hp são usadas funções de mínimos quadrados móveis propostas para este fim no Método dos Elementos Livres de Galerkin. Em (Duarte et al., 2006) e em (Barros et al., 2007) as funções de PU do MEFG são construídas com base na mesma estratégia do Método das Nuvens hp, possibilitando a obtenção de funções aproximadoras de continuidade do tipo Ck , onde k pode ser arbitrariamente definido. Neste trabalho, a partição da unidade de elevada regularidade é utilizada no Método das Nuvens hp. Esta estratégia é implementada na plataforma computacional INSANE (Interactive Structural Analysis Environment) e seu desempenho é avaliado em exemplos numéricos.


Sistema computacional orientado a objetos para análises acopladas termo-estruturais pelo Método dos Elementos Finitos

Guilherme Garcia Botelho, Roque Luiz da Silva Pitangueira, Flavio Torres da Fonseca

XXXVI Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Rio de Janeiro , 2015

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O presente trabalho se refere à inclusão de novas funcionalidades ao sistema computacional livre INSANE – Interactive Structural Analysis Environment – para o tratamento do problema da transferência de calor (PTC) e de problemas termo-estruturais (PTE) da mecânica dos sólidos, ambos abordados segundo o Método dos Elementos Finitos (MEF). As novas funcionalidades possibilitam tanto o cálculo de campos de temperaturas em análises térmicas, como a inclusão do efeito da expansão/contração do material em análises da mecânica dos sólidos. A implementação do PTC no INSANE concentrou-se em caracterizar as variáveis envolvidas, realizar o cálculo da influência de cada subdomínio no comportamento global do modelo e definir as diretrizes para o equacionamento do problema físico. O acoplamento termo-estrutural foi abordado com a elaboração de métodos para o cálculo do carregamento nodal equivalente devido à variação de temperatura prescrita, e rotinas para o cálculo das tensões quando há a influência da variação de temperatura. Testes validaram a expansão do programa a partir da comparação das soluções numéricas com as soluções analíticas correspondentes, tanto para o PTC como para o PTE.


Pré e pós processamento de modelos reticulados e seções transversais compostas no INSANE

Carlos Henrique Belem Vilela, Débora Coelho Cordeiro, Gabriel de Oliveira Ribeiro, Roque Luiz Pitangueira, Samuel Silva Penna

SIMMEC 2010 - Nono Simpósio de Mecânica Computacional , São João Del-Rei , 2010

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Este artigo apresenta os recursos desenvolvidos para o pré e pós processamento de modelos estruturais reticulados do INSANE – INteractive Structural ANalysis Environment, bem como as tecnologias relacionadas a esse processo. Por meio do paradigma de programação orientada a objetos, com a utilização da linguagem JAVA, de suas APIs (Application Program Interface), de padrões de projeto de software apropriados e da biblioteca gráfica JOpenGL, foram criadas aplicações gráficas interativas para modelagem geométrica, pré e pós processamento de modelos reticulados e seções transversais compostas. Como forma de armazenamento e organização dos dados do programa, foi utilizada uma estrutura de semi-arestas que possibilita a manipulação acessível e estruturada de construções e operações geométricas, além de outras informações relevantes. Para a etapa de pré-processamento, foram criados recursos para a geração de malha de elementos unidimensionais e prescrição de atributos ao modelo, tais como restrições, carregamentos, materiais e seções transversais. Ainda, foi desenvolvida uma aplicação gráfica específica que permite a modelagem de seções transversais compostas por diversos materiais, além de permitir o cálculo de suas propriedades geométricas, seja por meio do Teorema de Green ou por meio da discretização de seu domínio. Para o processamento de modelos reticulados lineares e geométrica ou fisicamente não-lineares em um ambiente unificado, foram utilizados os recursos já existentes no núcleo numérico do sistema, sem qualquer alteração nas implementações dos mesmos. Na etapa de pós-processamento, são fornecidos diagramas de esforços solicitante e isofaixas, sendo este também disponível no pós-processamento das seções transversais compostas.


INSANE – Versão 2.0

Roque Luiz Pitangueira, Flavio Torres da Fonseca, Jamile Salim Fuina, Luciana Sampaio Camara, Marcos Torres da Fonseca, Reginaldo Lopes Ferreira, Renata Nicoliello Moreira, Samir Silva Saliba, Samuel Silva Penna

XXVII Latin American Congress on Coputational Methods in Engineering , Maceió , 2008

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Resumo

Este artigo apresenta a versão 2.0 do INSANE (Interactive Structural ANalysis Environment), um sistema orientado a objetos para o Método dos Elementos Finitos. Apresenta-se o histórico, as premissas ideológicas e os requisitos tecnológicos do projeto de software livre que guia o desenvolvimento do sistema, destacando-se a escolha de Java como linguagem de implementação. A estrutura modular do sistema, na qual as diversas aplicações consomem serviços ofertados por estes módulos, é apresentada e a arquitetura de cada uma destas aplicações, baseada em uma combinação dos padrões de projeto de software orientado a objetos MVC, Command e Observer, é detalhada. Os projetos orientados a objetos dos módulos (serviços), das aplicações (consumidoras) e da interface gráfica que faz a integração das mesmas são detalhados, através de diagramas UML. Recursos para modelos do Método dos Elementos Finitos, tais como modelagem geométrica, geração de malhas, análise estática linear, fisicamente não-linear e geometricamente não-linear, análise dinâmica linear e geometricamente não-linear, visualização de resultados, processamento interativo, serviço e cliente WEB, novidades da versão 2.0, são então apresentados, agrupando-as através das relações consumidor-serviços (aplicação-módulos) e ilustrando-as através de exemplos.


An object oriented class organization for dynamic geometrically non-linear FEM analysis

Flavio T. Fonseca, Roque L. S. Pitangueira

XXVIII CILAMCE - Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Porto , 2007

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Resumo (em inglês)

This article discusses the object oriented project for a finite element method software expansion, which aims to add the capability of performing a dynamic geometrically non-linear analysis of structures. The article’s main focus is on the new classes which will be implemented. A brief revision of the formulation to be implemented is made and the incremental-iterative procedures used for solving the problem equations are also discussed. Many UML (Unified Modeling Language) diagrams are shown, indicating how the new classes will interact with the old ones and how do they provide all the expected features.


Insane: uma plataforma para computação científica

Roque Luiz Pitangueira, Flavio Torres da Fonseca

X Encontro de Modelagem Computacional , Nova Friburgo , 2007

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Resumo

A grande maioria dos problemas analisados em engenharia podem ser matematicamente representados da mesma maneira. Baseado nisto, o INSANE, um programa computacional originalmente desenvolvido para a análise de estruturas, foi remodelado de maneira a poder ser utilizado para os mais diversos problemas. Este artigo apresenta seu projeto orientado a objetos e as tecnologias empregadas, assim como os pré-requisitos para que um problema possa ser analisado através do INSANE.


Ambiente gráfico interativo para diagramas de interação de seções de concreto armado

SILVA, F. P. B., FONSECA, F. T., BARROS, L. A. C., RODRIGUES, M. P. P., PITANGUEIRA, R. L. S.

VI Simpósio EPUSP sobre Estruturas de Concreto , São Paulo , 2006

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Resumo

Este trabalho apresenta a implementação de um ambiente gráfico interativo para obtenção de diagramas de interação de seções de concreto armado. As seções podem ter qualquer forma geométrica poligonal e qualquer disposição de barras de aço, podendo estar solicitada por um conjunto de esforço normal e momentos fletores, caracterizando desde uma flexão simples até uma flexão oblíqua composta. Em seções de concreto armado submetidas à flexão obliqua é necessária a definição da profundidade e da inclinação da linha neutra. Para cada posição da linha neutra que satisfaça as condições de equilíbrio são calculados os esforços resistentes, os quais são comparados com os esforços fornecidos, até que eles se equivalham dentro de certa tolerância. A implementação do ambiente é feita segundo a metodologia de programação orientada a objetos utilizando Java. A obtenção dos diagramas de interação baseia-se em uma discretização da seção em uma lista de pontos neste plano.


Sistema gráfico interativo para modelos bidimensionais do Método dos Elementos Finitos

F. T. Fonseca, M. L. Almeida, M. B. Gonçalves, R. L. Pitangueira

XXXII Jornadas Sulamericanas de Engenharia Estrutural , Campinas , 2006

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Resumo

O artigo apresenta o resultado do trabalho colaborativo de quatro integrantes da equipe de desenvolvimento do INSANE (Interactive Structural Analysis Environment): um sistema computacional para modelos discretos de análise estrutural do método dos elementos finitos (MEF). A concepção do INSANE, como um conjunto de segmentos de aplicação, é apresentada, destacando-se as vantagens deste conceito. A persistência dos dados compartilhados entre os vários segmentos do sistema também é discutida, ressaltando-se o uso de arquivos XML ou objetos Java para criação dos protocolos de comunicação. O trabalho de unificação de três implementações inicialmente independentes (sistema gráfico interativo para modelos reticulados, gerador de malhas bidimensionais de elementos finitos e processador de modelos do MEF baseado na formulação paramétrica) é apresentado, discutindo-se as soluções adotadas. Nesta discussão apresentam-se as características de cada um dos três trabalhos, através de diagramas UML apropriados de maneira a caracterizar a proposta de unificação. O projeto orientado a objetos do novo sistema é detalhado, ressaltando-se a adoção do padrão Model-View-Controller no trabalho de unificação. Finalmente, os diversos recursos disponibilizados são apresentados através de exemplos e as possibilidades de novas expansões, sem repetir o trabalhoso processo de unificação, são discutidas.


Implementação de modelos estruturais de barras como casos particulares do Método de Elementos Finitos

Roque Luiz Pitangueira, Alcebíades de Vasconcellos Filho, Flavio Torres da Fonseca

SIMMEC 2004 - VI Simpósio Mineiro de Mecânica Computacional , Itajubá , 2004

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Resumo

O artigo apresenta parte do desenvolvimento de um sistema computacional que visa fomentar a pesquisa de modelos discretos de análise estrutural. Refere-se à parte do núcleo numérico do sistema relativa a modelos estruturais de barras. A concepção do sistema, como um conjunto de segmentos de aplicação, é apresentada, destacando-se as vantagens deste conceito. A escolha do paradigma de programação orientada a objetos e da linguagem de programação Java, como recursos de implementação, é discutida. Nesta discussão apontam-se as principais características das tecnologias escolhidas no que se refere às plataformas de desenvolvimento, execução e distribuição, bem como à segmentação, expansão e manutenção do código. A persistência dos dados compartilhados entre os vários segmentos do sistema também é discutida, ressaltando-se o uso de arquivos XML para criação dos protocolos de comunicação. A formulação dos modelos estruturais de barras, como casos particulares do Método de Elementos Finitos, é brevemente revisada. O projeto orientado a objetos para implementação da referida formulação é apresentado, indicando-se o segmento do núcleo numérico do sistema que a contém. Discute-se, então, a utilização desse recurso no ensino do Método de Elementos Finitos nos cursos de graduação em engenharia.


Um programa gráfico interativo para modelos estruturais de barras

Flavio Torres da Fonseca, Roque Luiz Pitangueira

XXV CILAMCE - Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering , Recife , 2004

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Resumo

O artigo apresenta os resultados do trabalho de iniciação científica desenvolvido pelo primeiro autor. Trata-se de parte de um sistema computacional que visa fomentar a pesquisa de modelos discretos de análise estrutural, relativa a modelos estruturais de barras.
A concepção do sistema, como um conjunto de segmentos de aplicação, é apresentada, destacando-se as vantagens deste conceito.
A escolha do paradigma de programação orientada a objetos e da linguagem de programação Java, como recursos de implementação, é discutida. Nesta discussão apontam-se as principais características das tecnologias escolhidas no que se refere às plataformas de desenvolvimento, execução e distribuição, bem como à segmentação, expansão e manutenção do código.
A persistência dos dados compartilhados entre os vários segmentos do sistema também é discutida, ressaltando-se o uso de arquivos XML ou objetos Java para criação dos protocolos de comunicação.
A utilização de padrões de projeto de software e das APIs Java Swing, Java2D e Collections na implementação dos recursos de interação, bem como do processamento numérico dos modelos também é discutida.
A formulação dos modelos estruturais de barras, como casos particulares do Método de Elementos Finitos, é brevemente revisada. As abstrações de classes adotadas para implementação da referida formulação são apresentadas, indicando-se o segmento do núcleo numérico do sistema que a contém.
Mostra-se que o programa permite a obtenção de soluções, tanto de grandezas estáticas quanto de grandezas cinemáticas. Discute-se, então, a utilização desse recurso no ensino do Método de Elementos Finitos nos cursos de graduação em engenharia.

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