Formulação para a análise avançada de sistemas estruturais formados por cabos e treliças espaciais visando à aplicação em torres estaiadas para linhas de transmissão
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2014 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/PASA-9XRJ3R |
Resumo: | Este trabalho de pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de uma formulação geral via método dos elementos finitos visando à realização de uma análise avançada de sistemas estruturais formados por estruturas de cabos e de treliças espaciais e sua implementação computacional. Apesar da formulação ser geral, tem-se como objetivo específico a sua aplicação em torres metálicas estaiadas para linhas de transmissão. Para isso, é feito o estudo de uma formulação geometricamente exata além da consideração da não linearidade do material utilizando-se os conceitos da plasticidade distribuída. Inicialmente, apresenta-se a formulação analítica para a análise de estruturas de cabos e uma formulação numérica para análise dos sistemas estruturais formados de cabos e treliças. A formulação numérica, geometricamente exata, para problemas tridimensionais é mostrada em um desenvolvimento teórico dentro de uma rigorosa formulação Lagrangiana atualizada, que utiliza a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente dos elementos de cabo exato e de treliça. Essa teoria é apresentada, definindo-se as tensões e deformações conjugadas e objetivas; as relações constitutivas elásticas e elastoplásticas; os sistemas de coordenadas global (cartesiano) e local (corrotacional); os campos de deformação e deslocamento, segundo a hipótese cinemática da teoria de Bernoulli-Euler. São introduzidas as interpolações usuais dos métodos numéricos para a determinação analítica das matrizes de rigidez tangente, elástica e elastoplástica, dos elementos. A formulação implementada permite ainda avaliar os efeitos da variação da temperatura nos elementos de treliça e cabos. São apresentados exemplos numéricos aplicados em sistemas estruturais de treliças e cabos, pretendendo-se demonstrar a eficiência da formulação bem como a precisão dos resultados quando comparados com resultados teóricos da literatura e de outros programas existentes. Finalmente, após uma descrição geral sobre o projeto das torres de linhas de transmissão são apresentados exemplos de casos reais de torres metálicas estaiadas com o objetivo de se demonstrar toda a capacidade do programa desenvolvido. Os resultados obtidos pelo programa desenvolvido são comparados com os resultados de programas comerciais, mostrando a sua precisão, eficiência e potencialidade. |
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Armando Cesar Campos LavallRicardo Hallal FakuryMarcelo GrecoJose Carlos Lopes RibeiroRuy Carlos Ramos de MenezesRodrigo Sernizon Costa2019-08-09T19:07:26Z2019-08-09T19:07:26Z2014-12-14http://hdl.handle.net/1843/PASA-9XRJ3REste trabalho de pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de uma formulação geral via método dos elementos finitos visando à realização de uma análise avançada de sistemas estruturais formados por estruturas de cabos e de treliças espaciais e sua implementação computacional. Apesar da formulação ser geral, tem-se como objetivo específico a sua aplicação em torres metálicas estaiadas para linhas de transmissão. Para isso, é feito o estudo de uma formulação geometricamente exata além da consideração da não linearidade do material utilizando-se os conceitos da plasticidade distribuída. Inicialmente, apresenta-se a formulação analítica para a análise de estruturas de cabos e uma formulação numérica para análise dos sistemas estruturais formados de cabos e treliças. A formulação numérica, geometricamente exata, para problemas tridimensionais é mostrada em um desenvolvimento teórico dentro de uma rigorosa formulação Lagrangiana atualizada, que utiliza a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente dos elementos de cabo exato e de treliça. Essa teoria é apresentada, definindo-se as tensões e deformações conjugadas e objetivas; as relações constitutivas elásticas e elastoplásticas; os sistemas de coordenadas global (cartesiano) e local (corrotacional); os campos de deformação e deslocamento, segundo a hipótese cinemática da teoria de Bernoulli-Euler. São introduzidas as interpolações usuais dos métodos numéricos para a determinação analítica das matrizes de rigidez tangente, elástica e elastoplástica, dos elementos. A formulação implementada permite ainda avaliar os efeitos da variação da temperatura nos elementos de treliça e cabos. São apresentados exemplos numéricos aplicados em sistemas estruturais de treliças e cabos, pretendendo-se demonstrar a eficiência da formulação bem como a precisão dos resultados quando comparados com resultados teóricos da literatura e de outros programas existentes. Finalmente, após uma descrição geral sobre o projeto das torres de linhas de transmissão são apresentados exemplos de casos reais de torres metálicas estaiadas com o objetivo de se demonstrar toda a capacidade do programa desenvolvido. Os resultados obtidos pelo programa desenvolvido são comparados com os resultados de programas comerciais, mostrando a sua precisão, eficiência e potencialidade.This research aims to develop a general formulation using the Finite Element Method (FEM) to perform an advanced analysis of structural systems composed by cables and space trusses structures and its computational implementation. Although the formulation is general, the specific goal is the application in guyed steel towers for transmission lines. For this, is carried out the study of a geometrically exact formulation considering the non-linearity of the material using the concepts of distributed plasticity. Initially, an analytical formulation is presented for the analysis of cables structures and a numerical formulation for the structural system analysis constituted by cables and trusses. The numerical formulation for three-dimensional problem is geometrically exact, where the theoretical development is done within strictly updated Lagrangian formulation, that uses the corrotacional technique for the consistent deduction of the tangent stiffness matrix of the exact cable elements and trusses elements. This theory is presented, defining the conjugated pair of objective stresses and strains, elastic and elastoplastic constitutive relations, the global coordinate system (cartesian) and local (corotational), the fields of displacements and strains according to the kinematic hypothesis of Bernoulli-Euler theory. The usual interpolations of the numerical methods were introduced for the analytical determination of the tangent stiffness matrix, both elastic and elastoplastic. The implemented formulation allows to evaluate the effects of temperature variation in the truss elements and cables and the effects of residual stresses in the truss elements Numerical examples applied in structural systems of trusses and cables are presented, intending to demonstrate the efficiency of the formulation as well as the accuracy of the results compared with theoretical results from the literature and other existing programs. Finally, after an overview about the design of transmission line towers, examples of usual cases of guyed steel towers are shown in order to demonstrate full the capacity of the developed software. The obtained results by the developed program are compared to the results of commercial programs, showing its accuracy, efficiency and potentiality.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia de estruturasEstruturas metálicasLinhas de telecomunicaçãoAnálise avançadaTreliças espaciaisLinhas de transmissãoTorres estaiadasEstruturas de cabosFormulação para a análise avançada de sistemas estruturais formados por cabos e treliças espaciais visando à aplicação em torres estaiadas para linhas de transmissãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINAL41.pdfapplication/pdf9975453https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/PASA-9XRJ3R/1/41.pdf6dd09e350a6ea225615e1f2fc9321c23MD51TEXT41.pdf.txt41.pdf.txtExtracted texttext/plain460489https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/PASA-9XRJ3R/2/41.pdf.txtc238036fcd106dc723926940c106c1a8MD521843/PASA-9XRJ3R2019-11-14 03:58:07.008oai:repositorio.ufmg.br:1843/PASA-9XRJ3RRepositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T06:58:07Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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