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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2017.tde-01092017-113828
Document
Author
Full name
Fagner Lopes Fernandes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Pauletti, Ruy Marcelo de Oliveira (President)
Góis, Wesley
Ribeiro, Dimas Betioli
Title in Portuguese
Uma extensão do método das densidades de força natural para elementos quadrangulares.
Keywords in Portuguese
Estruturas de membranas
Abstract in Portuguese
O Método das Densidades de Força (MDF), proposto primeiramente por Linkwitz (1971) e depois por Scheck (1974), é uma alternativa conveniente para encontrar configurações de redes de cabos e membranas, uma vez que fornece geometrias viáveis com uma única análise linear de equilíbrio. O Método das Densidades de Força Natural (MDFN) é uma extensão do MDF para busca de formas de estruturas de membranas, que preserva a linearidade do método original e supera suas dificuldades em lidar com malhas irregulares. Foi primeiramente sugerido por Pauletti em 2006, baseado no elemento triangular de membrana introduzido por Argyris em 1974. O Método tem sido aplicado com sucesso em vários projetos. O MDFN original requer o uso de malhas compostas exclusivamente por elementos triangulares. Esta dissertação apresenta uma extensão do método para elementos quadrangulares, considerando um elemento composto por quatro subelementos triangulares. Mesmo que a ideia básica seja muito simples, algumas dificuldades surgem do fato de que nesta abordagem, o elemento de quatro nós pode não conter todos os nós em um mesmo plano, especialmente no caso de superfícies anticlásticas, sendo que não existe um campo de tensões bem definido para o interior do elemento. O trabalho compara alguns resultados obtidos com malhas exclusivamente triangulares, como requerido pelo método original, com os resultados obtidos com o elemento quadrangular proposto, discutindo a forma de combinar as tensões dos subelementos triangulares para originar as tensões atuantes no elemento quadrangular. Os modelos obtidos no MDFN são inseridos no programa Ansys, e os resultados são comparados para analisar a viabilidade da solução proposta e dos resultados obtidos por meio desta.
Title in English
An extension of the Natural Force Density Method to quadrangular elements.
Keywords in English
Membrane structure
Natural Force Density Method
Shape finding
Abstract in English
The Force Density Method (FDM), first proposed by Linkwitz(1971) and after by Scheck(1974), is a convenient alternative for finding configurations of cable nets and membranes, since it provides viable geometries in a single linear equilibrium analysis. The Natural Force Density Method (NFDM) is an extension of the FDM to the shape finding of membrane structures, which preserves the linearity of the original method and overcomes the difficulties of the original method to deal with irregular meshes. It was first suggested by Pauletti in 2006, based on a triangular membrane element introduced by Argyris in 1974. The method has been successfully applied to several design cases. The original NFDM required the use of meshes composed exclusively of triangular elements. This text presents an extension of the method to quadrangular elements, considering an equivalent assemblage of flat triangular elements. Even if the basic idea is very simple, some difficulties arise from the fact that in this approach, the quadrangular element can have a non-flat configuration, especially in the anticlastic shape, and there is not a know stress field into the interior of the element. The text compares several results obtained with fully triangulated meshes, as required by the original NFDM, to those obtained with the proposed quadrangular element, discussing the different strategies that have been explored to map stresses from the internal triangular mesh to the four nodes of the element. The models obtained in the NFDM are inserted in software Ansys and the results compared to approve the solution and the results obtained.
 
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Publishing Date
2017-09-01
 
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