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Método dos Elementos Finitos PDF

489 Pages·2010·67.58 MB·Portuguese
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F Teixeira-Dias J. Pinho-da-Cruz R.A. Fontes Valente J. R. Alves de Sousa Metodo dos Elementos Finitos Tecnicas de Numerica em Engenharia Simula~ao CreativeT ech DA MESMA EDITORA -AUTOMA<;:AO INDUSTRIAL-3.' cd. J. Norberto Pires -AUTOMATOS PROGRAMAVEIS-4.' ed. Ant6nio Francisco -CURSO DE AUTOMA<;:AO INDUSTRIAL Paulo Oliveira -t:URSO DE ELECTRONICA INDUSTRIAL@ Fernando Velez I Paulo Oliveira I Lufs Borges I Ana Rodrigues -MECANICA DOS FLUIDOS-2.' ed. Luis Adriano Oliveira I Ant6nio Gameiro Lopes -MOTORES ELtCTRJCOS- 2.' ed. Ant6nio Francisco -SISTEMAS ELECTRONICOS COM MlCROCONTROLADORES-2.• cd. Victor Gon~alves DISTRIBUI<;:AO lldel - edi~iles h!cnlcas, Ida. SEDE: Rua D. E.<tefilnia, 183. ric Dto.-1049-057 Lisboa Internet: 21 354 14 18 [email protected] Rcvenda: 21351 [email protected] Forma<;iio/Marketing: 21 351 14 [email protected] [email protected] Ensino Linguas!Exporta<;iio: 21 351 14 [email protected] Fax: 21 357 78 27 · 21 352 26 84 Linha de Autores: 21 317 32 [email protected] Fax: 21 317 32 59 LIVRARJAS: LISBOA: Av. Praia da Vit6ria, 14- 1000-247 Lisboa - [email protected] Telef. 21 3541418-Fax 21317 3259 PORTO: Rua Darniao de 06is. 452-4050-224 [email protected] ~~ Telef.225573510- Fax225501119 -~ ® Marca registada de UVRIMPOR- Livros Tc!cnicos. Lda. Rua D. Estefiinia. 183-1.' Esq.- 1000-154 Lisboa Telef. 21 317 32 53-Fax 21 317 32 59 Copyright Q Fevereiro 20 I 0 ETEP-EDI<;:DES TEcNlCAS E PROFISSIONAIS- Marca Registada de LIVRJMPOR lmpressao e acabarnento: Rolo & Filhos II, S.A. -lndt1strias Gr5ficas (Mafra) ISBN: 978-972-8480..25-7 Dep6sito Legal: 304180109 Capa: Jose Manuel dos Reis lmagem: (!;) Filipe Teixeira-Dias, 2007 e Este pictograma merece uma explica9a0. 0 scu prop6sito alertar o leit or para a amea9a que reprcsema para o futuro da escrita. nomeadamente na area da edi9iio tecnica e universitaria, o desenvolvimento massivo da fotoc6pia. 0 C6digo do Direito de Autor cstabelece que e crime punido por lei, a fotoc6pia scm autoriza~ao dos proprietarios do copyright. No entanto, esta pratica generalizou-se sobretudo no ensino superior, provocando uma queda substancial na e compra de livros tecnicos. Assim, num pals em que a literatura tecnica tao escassa, os autores nao sentem motiva9iio para criar obrns ineditas e faze-las publicar, ficando os leitores impossibilitados deter bibliografia em portugues. Lembramos pot1anto. que e expressamente proibida a reprodu~ao, no todo ou em parte, da presentc obra sem autoriza9a0 da editora. A M argarida A Maria e a Leon or Aos meus Pais Filipe rv Aos meus pais, Gra9a e Pinho Aos meus irmiios, Nuno e Jorge A. Manuela Alexandre rv Aos meus Pais e Irmiio, par estarem sempre presentes A Sonia, pelo carinho, dedicar;iio e apoio ao longo desta caminhada Robertt rv A Susana e a iris, a pela alegria e pelo sentido que diariamente diio minha vida Aos meus pais, par tantas coisas Ricardo rv Os Autores Filipe Teixeira-Dias ([email protected]) obteve os graus de Licenciatura (1992), Mestrado (1995) e Doutoramento (2000) em Engenharia Mecanica na Faculdade de Ciencias e Tecnologia da Universidade de Coimbra, e a Agrega~ao (2009) na Universidade de Aveiro. Actualmente, e a docenLe da Universidade de Aveiro, leccionando aulas das disciplinas de Introdu~ao Enge nharia Medwica e Mecanica Computacional, das quais e regente, e ainda de Mecanica das Estruturas. A sua actividade de investiga~iio centra-se na mecanica computacional, na dina mica de estruturas e de impacto, nos materiais celulares e no desenvolvimento de materiais e sistemas de protec~iio. J. Alexandre M. Pinho da Cruz ([email protected]) e docente e investigador no Departamento de Engenharia Mecanica da Universidade de Aveiro, nas areas da Mecfmica Computacional, da Mecanica das Estruturas e do Calculo Computacional Paralelo. Obteve a Licenciatura (1997) eo Mestrado (2001) em Engenharia Mecanica na Faculdade de Cifmcias e Tecnologia da Universidade de Coimbra, eo Doutoramento (2007) tambem em Engenharia Mecanica na Universidade de Aveiro. Robertt A. F. Valente ([email protected]) obteve os graus de Licenciatura (1997), Mestrado (1999) e Doutoramento em Engenharia Mecanica (2004) pela Faculdade de Engenharia da Unlversidade do Porto. Desde 2001 e docente e investigador no Departamento de Engenharia Mecanica da Universidade de Aveiro, onde actualmente coordena as disciplinas de Mecanica dos S6lidos e Placas e Cascas, e colabora nas disciplinas de Mecanica das Estruturas e Simu l~iio de Processos Tecnol6gicos. Desde 1997, a sua actividade de investiga~iio centra-se no Metodo dos Elementos Finitos e no desenvolvimento de software de simula~iio numerica para aplica~oes estruturais nas industrias aeronautica e de conforma~ao plastica. Ricardo Alves de Sousa ([email protected]) doutorou-se em Engenharia Mecanica (2006) pela e Universidade de Aveiro. A sua area de investigac;iio principal a Mecanica Computacional, com enfase na utiHza<;ao do Metodo dos Elementos Finitos em aplic~oes de caracter estru tural e na simula~ao de processos de conforma~ao de chapa. Actualmente, no Departamento de Engenharia Mecanlca da Unlversidade de Aveiro, coordena a disciplina de Simula~ao de Processos Tecnol6gicos e Jecciona as disciplinas de Mecanica dos S6lidos e Mecanica Aplicada. v Prefacio 0 desafio de escrever o presente livro surgiu da paixao dos Autores pelas areas da mecanica computacional e da simulac;ao numerica, e das suas multiplas im plicac;oes na generalidade dos fen6menos fisicos do dia-a-dia. Adicionalmente, esta obra pretende colmatar uma lacuna que e a inexistencia, em portugues europeu, de urn livro que aborde- de forma concisa, mas ao mesmo tempo ri gorosa - os fundamentos associados ao Metodo dos Elementos Fiuitos (MEF), uma das tecuicas mais poderosas e versateis de simulac;ao computacional. Esta obra tern por objective abranger os t6picos fundamentais mais relevantes para a compreensao do metoda dos elementos finitos, de uma forma acessivel a generalidade dos estudantes de cursos superiores quer de engenharia quer de ciencias. Em simultaneo, procurou-se apresentar estes conceitos atraves de uma abordagem pratica que possa ser util ao profissional de engenharia e de projecto que venha a ser confrontado com a necessidade da utilizac;ao ou do dominio de programas comerciais de simulac;ao numerica baseados no MEF. Assim, a pre sente obra pretende despertar a curiosidade e o interesse dos leitores, alunos, professores ou profissionais da industria pelo MEF e por todas as tecnicas as sociadas de simulac;ao numerica em engenharia. Nao obstante, e no sentido de atingir uma abrangencia muito para alem dos fundamentos da tecnica, sao tambem consideradas neste livro introdw:;oes a t6picos mais avanc;ados, cuja leitura pode assim representar uma primeira abor dagem por parte de leitores que desejem aprofundar os seus conhecimentos para alem de urn nivel estritamente basico. Procurou-se, tanto quanta possfvel, que os diversos capftulos deste livro fos sem muJulares em Lerrnos dos conceitos apresentados e, assim, que contivessem a de forma independente toda a informac;ao necessaria sua compreensao. Como vii Metodo dos Elementos Finitos resultado, o livro podeni ser explorado e desfrutado de maneira sequencia! do principia ao fim, ou, em alternativa, atraves da consulta pontual dos diversos assuntos e temas expostos. Sao apresentados varios exercicws resolvidos, de forma detalhada, que vi sam ilustrar a aplicac;ao dos respectivos conceitos te6ricos e te6rico-praticos. Na sua globalidade, estes exercfcios resolvidos, bern como os exercicios propostos, tentam reproduzir urn percurso de aprendizagem com urn grau de dificuldade crescente, permitindo uma compreensao gradual e sustentada da generalidade dos t6picos abordados. Cada capitulo contem uma lista extensiva de referencias adicionais para os leitores interessados. 0 publico-alva desta obra consiste em alunos e professores de cursos universi as tarios e politecnicos, profissionais da industria ligados tecnicas de simulac;ao computacional, bern como profissionais com pouca ou nenhuma experiencia na area da mecanica computacional, que pretendam urn manual completo e de facil leitura acerca do metodo dos elementos finitos. Os Autores desta obra tern vindo a desenvolver trabalho ha mais de uma decada na area da investigac;ao e do ensino de tecnicas de simulac;ao nume rica em engenharia, tendo contribufdo, na sua totalidade, com mais de uma centena de publicac;oes em revistas internacionais e conferencias cientfficas. Na eventualidade desta obra contribuir de forma humilde, mas positiva, para o estado-da-arte cientffico e para o ensino em engenharia, entao o seu objectivo estara sobejamente cumprido. Aveiro, 2009 Filipe Teixeira-Dias J. Alexandre M. de Pinho da Cr-uz Robertt A. Fontes Valente Ricardo Alves de Sousa viii © ETEP - Edi<;oes Tecnicas e Profissionais Agradecimentos Esta obra s6 se tornou uma realidade gra<;as, em primeiro Iugar, ao interesse a e confianc;a que, desde o primeiro momento, a editora LIDEL depositou nos Autores. 0 desafio lanc;ado pela editora de elaborar uma obra de referenda na area da simulac;ao numerica-e em particular do Metodo dos Elementos Finitos - foi o factor decisivo e que muito honrou os Autores. Os Autores agradecem a editora LIDEL, na pessoa do Sr. Eng.0 Frederico Annes, pela confian<ja neles depositada. Tratando-se do culminar de uma experiencia rica em termos quer cientificos quer pedag6gicos, os Autores expressam o seu agradecimento a todos os seus professores e alunos que constitufram fonte de inspira<jao e motiva<;ao para o estudo dos elementos finitos. Os Autores agradecem ainda a todos os colegas, colaboradores e investigado res do grupo de investiga<jao GRIDS, pelo espfrito de equipa sempre manifes tado. Em particular, seus agradecimentos a Mariana Paulino, a Marisa Pinho OS a Henriques, ao Joao Alexandre Oliveira, ao Victor Miranda, Maria Ana Grilo, ao Daniel Gon<jalves, ao Rodrigo Coelho, ao Daniel Afonso, ao Eduardo Santos, ao Mauro Simoes e ao Miguel Mieiro por terem colaborado com a realiza<;ao de algumas das simula<j6es numericas e alguns dos resultados que os Autores apresentam nos capftulos iniciais desta obra. A todos, os Autores expressam o seu Muito Obrigado! Lx

Description:
Para este livro, os autores definiram como objectivo primordial a introdução dos conceitos fundamentais associados ao estudo, à compreensão e à implementação do Método dos Elementos Finitos (MEF). Optou-se pela organização e pela orientação do texto para o perfil de leitor que esteja a t
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