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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/21803
Tipo de Documento: | Dissertação |
Título: | Aplicações do método de homogeinização assintótica e a técnicas de camadas fictícias em formulações variacionais zig-zag de alta ordem para vigas compósitas laminadas |
Título(s) alternativo(s): | Applications of the asymptotic homogenization method and the fictitious multilayer technique for high-order zig-zag variational formulations of laminated composite beams |
Autor(es): | Leite, Leonardo Fellipe Prado |
Data do documento: | 20-Fev-2025 |
Orientador: | Rocha, Fabio Carlos da |
Coorientador: | Castillero, Julián Bravo |
Resumo: | No âmbito da mecânica dos materiais, muitos problemas estruturais apresentam características periódicas ou que podem ser aproximadas como tal, relacionadas às variações dos módulos de elasticidade pela heterogeneidade da estrutura interna, dos esforços externos ao corpo e/ou da geometria. Tais variações podem ocorrer também ao longo do tempo de forma não necessariamente periódica (efeitos combinados de sazonalidade, variação temporal dos esforços externos e/ou por exemplo, fadiga ou enrijecimento/amolecimento por evolução da estrutura interna). Quanto mais complexa for a estrutura interna, mais difícil será resolver o problema, pois técnicas de resolução clássicas necessitam de modelagens em duas ou três dimensões e discretizações bastante refinadas do domínio, resultando em alto custo computacional e/ou comprometendo a convergência do método adotado. Adicionalmente, observa-se que a maioria dos materiais são heterogêneos em alguma escala, e suas propriedades podem variar de forma aleatória ou padronizada. Exemplos incluem o concreto, cujo comportamento varia com seus componentes e proporções; a madeira, com suas características anisotrópicas; e os materiais compósitos reforçados por fibras ou partículas, essenciais para garantir a eficiência mecânica das estruturas. Para evitar a modelagem direta de problemas com módulos de elasticidade rapidamente oscilantes, os métodos de homogeneização matemática são essenciais, pois visam transformar esses problemas em equivalentes de estruturas homogêneas ou, pelo menos, de variação lenta. Neste trabalho, propõe-se uma modelagem bidimensional de vigas feitas de materiais heterogêneos utilizando, conjuntamente, teorias multicamadas zig-zag de alta ordem e o método de homogeneização assintótica, permitindo descrever o comportamento de materiais periódicos ou aleatórios através da técnica de camadas fictícias. Com a resolução de problemas baseados em resultados experimentais da literatura, a metodologia mostra-se altamente eficiente, pois, mesmo utilizando funções unidimensionais, mantém boa precisão em modelos bidimensionais para os casos de compósitos, materiais periódicos e laminados. |
Abstract: | In the field of materials mechanics, many structural problems exhibit periodic characteristics or can be approximated as such, related to the variation of elastic modules due to the heterogeneity of the internal structure, external forces on the body and/or geometry, and which may also occur over time in a manner that is not necessarily periodic (combined effects of seasonality, temporal variation of external forces and/or, for example, fatigue or stiffening/softening due to the evolution of the internal structure). The more repetitive and complex the structure, the more challenging it becomes to solve the problem, as classical numerical techniques require modeling in two or three dimensions and very fine discretization of the domain, resulting in high computational costs. Additionally, it is observed in nature that most materials are heterogeneous at some scale, and their properties may vary randomly or in a standardized manner. Examples include concrete, whose behavior varies with its components and proportions; wood, with its anisotropic characteristics; and composite materials reinforced with fibers or particles, which are essential for ensuring the mechanical efficiency of structures. To avoid direct modeling of problems with rapidly oscillatory coefficients, mathematical homogenization methods are essential, as they aim to transform these coefficients into homogeneous equivalents. This work proposes a twodimensional modeling of heterogeneous materials beams by concurrently utilizing high-order zig-zag multilayer theories and the one-dimensional asymptotic homogenization method, allowing the description of periodic or random materials through fictitious layer techniques. Based on problems resolved using experimental results from the literature, the results demonstrate that the methodology is highly efficient, as it maintains good accuracy in twodimensional models even when using one-dimensional functions for composite, laminated and periodic materials problems. |
Palavras-chave: | Engenharia civil Vigas Ciências dos materiais Nanocompósitos (materiais) Concreto Elasticidade Teorias de Vigas Homogeneização matemática Métodos variacionais Materiais compósitos Concreto Beam theory Mathematical homogenization Variational methods Composite materials Concrete |
área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
Idioma: | por |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Engenharia Civil |
Citação: | LEITE, Leonardo Fellipe Prado. Aplicações do método de homogeinização assintótica e a técnicas de camadas fictícias em formulações variacionais zig-zag de alta ordem para vigas compósitas laminadas. 2025. 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Cívil) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2025. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/21803 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Civil |
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