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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise de fadiga de sistemas estocásticos submetidos a carregamentos aleatórios multiaxiais
Alternate title (s): Fatigue analysis of stochastic systems subjected to multiaxial random loads
Author: Rosa, Ulisses Lima
First Advisor: Lima, Antônio Marcos Gonçalves de
First member of the Committee: Steffen Júnior, Valder
Second member of the Committee: Ritto, Thiago Gamboa
Summary: Este trabalho é dedicado ao estudo teórico e computacional do critério multiaxial de Sines para a análise de fadiga de sistemas estruturais do tipo placas finas na presença de incertezas paramétricas e sujeita a excitações aleatórias do tipo estacionárias e Gaussianas. Neste sentido, utilizando o Método dos Elementos Finitos Estocásticos, os parâmetros físicos e/ou geométricos de interesse fatorados das matrizes de massa e rigidez são considerados como variáveis aleatórias e modelados como campos homogêneos e Gaussianos. Estes campos são então discretizados conforme o método de expansão de Karhunèn-Loève. Portanto, são geradas as matrizes estocásticas de massa e rigidez do problema através da modificação do processo de integração pelas funções de covariância. Uma vez obtidas as matrizes estocásticas do sistema sujeito também a cargas aleatórias, é feita a estimativa da raiz quadrada do segundo invariante do tensor desviatório de tensão a partir das respostas em tensão no domínio da frequência. Com relação ao critério de fadiga a ser empregado neste trabalho, optou-se por utilizar o Critério Multiaxial de Sines para carregamentos aleatórios multiaxiais e não proporcionais. Para tanto, serão empregadas técnicas de redução de modelos bem adaptadas aos sistemas estocásticos com vistas à redução das matrizes globais do sistema de equações do movimento, resultando num ganho de tempo envolvido na estimativa do índice de fadiga. A base de redução constante é formada por modos do sistema nominal que deve ser enriquecida com resíduos estáticos associados aos esforços externos. Os resultados obtidos são apresentados em termos dos envelopes das respostas em tensão, das funções de resposta em frequência e do índice de fadiga. A partir deles é possível verificar a importância da consideração das incertezas na vida em fadiga de sistemas dinâmicos, e a eficiência dos procedimentos de modelagem como ferramenta para a análise de fadiga de sistemas dinâmicos estocásticos.
Abstract: This work is devoted to the proposition of numerical and computational studies of the multiaxial Sines’ criterion for fatigue analyses of structural systems such as rectangular plates, taking into account the parametric uncertainties and subjected to stationary random loads. In this context, the Stochastic Finite Elements Method is used in such a way that the design parameters to be considered as random variables are factored out of the mass and stiffness matrices. In the simulations, the random variables are modeled as homogeneous Gaussian random fields and discretized according to the so-called Karhunen-Loève expansion. Thus, the stochastic mass and stiffness matrices are generated due to the modification of the integration process by the covariance functions. In the sequence, a numerical strategy is implemented in order to estimative the mean of the second invariant of stress tensor in the frequency domain to compute the fatigue criterion based on the use of the Sines’ damage criterion. With the aim of reducing the computational burden evolved in the estimation process of the multiaxial damage criterion, a model reduction technique is implemented for the stochastic system based on the construction of a constant reduction basis formed by the modes of the nominal systems enriched by static residues due to the external forces. The numerical results obtained are presented in terms of the envelopes of frequency response functions, stress responses and fatigue indexes. Through the obtained results it is possible to conclude about the interest in considering the uncertainties on the fatigue analyses of engineering systems for more realistic situations and put in evidence that the methodology is a useful tool for the fatigue analysis of stochastic systems.
Keywords: Engenharia mecânica
Metais - Fadiga
Método dos elementos finitos
Modelagem estocástica
Propagação de incertezas
Critério de fadiga
Resposta em tensão
Redução de modelo
Stochastic modeling
Uncertainties propagation
Fatigue criterion
Stress response
Model condensation
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ROSA, Ulisses Lima. Análise de fadiga de sistemas estocásticos submetidos a carregamentos aleatórios multiaxiais. 2016. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17960
Date of defense: 29-Mar-2016
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