Dissipação de energia por atrito em vigas: modelos analítico e por elementos finitos

João Miguel Dias Monteiro de Jesus Neves

Key information

Authors:

João Miguel Dias Monteiro de Jesus Neves (João Miguel Dias Monteiro de Jesus Neves)

Supervisors:

Fernando Manuel Fernandes Simões (Fernando Manuel Fernandes Simões); António Manuel Figueiredo Pinto da Costa (António Manuel Figueiredo Pinto da Costa)

Published in

11/15/2023

Abstract

Esta dissertação trata da análise dinâmica de elementos de viga em consola justapostos e aparafusados, que podem ser sujeitos a forças externas ou submetidos a movimentos oscilatórios prescritos no encastramento, ocorrendo amortecimento por atrito seco na interface de contacto. Depois da definição e exposição do modelo teórico baseado no modelo de viga de Bernoulli e da conversão desse modelo para um modelo de elementos finitos num formato algorítmico passível de ser escrito num ambiente de programação, escolheuse o software M at l ab para a escrita de um algoritmo de dinâmica Não-Suave (NSD), (também conhecido na literatura por ”Non-Smooth Contact Dynamics method”), que é capaz de simular o comportamento histerético do atrito gerado na interface entre os dois elementos de viga. Através da execução desse algoritmo geraram-se e analisaram-se gráficos representativos de vários parâmetros que ajudaram na validação do modelo adoptado. Testaram-se extensivamente vários níveis de refinamento do modelo de elementos finitos e várias condições de solicitações externas conjugados com várias condições de posição inicial da viga. Também se fez uma simulação com condições semelhantes a um ensaio experimental real documentado na literatura que não só ajudou a consolidar a validade do modelo como teve um papel importante em identificar algumas inconsistências do relato do ensaio experimental. This dissertation deals with the dynamic analysis of justaposed and bolted cantilever beam elements that may be subjected to external forces or to oscillatory movements prescribed to the support. Damping occurs by dry friction at the contact interface. After defining and explaining the theoretical model based on the Bernoulli beam model, and converting this model to a finite element model in an algorithmic format that may be expressed in a programming environment, the Matlab software was chosen to write a Non-Smooth Dynamics algorithm (NSD), which is able to simulate the hysteretic behaviour of the friction generated between the two beam elements. The execution of this algorithm led to graphs representing various parameters, which helped in the validation of the model. Various levels of refinement of the finite element model and various external load conditions conjugated with various initial beam position conditions were extensively tested. A simulation was also carried out with conditions similar to a real experimental test reported in the literature, which not only helped to consolidate the validity of the model but also played an important role in identifying some inconsistencies in the experimental test's report.