Educational tool for structural analysis of frame models with geometric nonlinearity: MSc thesis defense
Creators: name: Rangel, Rafael L.
Publisher: name: Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio)
Year: 2019
Subjects: Structural analysis
Geometric nonlinearity
Frame models
Post-buckling behavior
Educational software

description: Thesis defense for the master's degree (MSc) in Civil Engineering.

Author: Rafael Rangel

Director: Prof. Luiz Fernando Martha

Institution: Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio), Department of Civil and Environmental Engineering

Examination comitee:



Prof. Deane Roehl (PUC-Rio)

Prof. Ivan Menezes (PUC-Rio)

Prof. Ricardo Silveira (UFOP)

Prof. Roque Pitangueira (UFMG)


Thesis DOI: 10.17771/PUCRio.acad.47858
description: Nonlinear analysis of structures is an important task for efficient and safe projects, allowing the saving of material resources and the identification of second-order effects on the behavior of structural models that may have significant consequences. This type of analysis is performed with iterative numerical algorithms, and visualization of graphic results is essential to auxiliary the interpretation of the analyst. For this reason, nonlinear analyses only became common with the advent of graphical-interactive computational applications. However, unlike a linear-elastic analysis, where the results provided by the program depend very little on the users knowledge about the solution methods, a nonlinear analysis requires a series of input parameters related to the numerical methods and thus demands a basic understanding about the solution algorithms and nonlinear structural behavior. With this in mind, this work aims to develop a user-friendly computational tool with a simple graphical interface, but with a robust solver, to assist the learning of geometrically nonlinear analysis of two-dimensional frame models. The structural analysis software Ftool, largely used by the Civil Engineering community and academia, was adopted to receive the new features to perform geometrically nonlinear analyses. In the new version of the Ftool program, students, engineers and researchers have the opportunity to use and test various solution techniques of the nonlinear system of equilibrium equations, which are described in detail throughout this work. The way the nonlinear analysis is performed allows for a full control by users over the progress of the analysis. In addition, graph results can be studied in the new plotting environment of the program.
description: A análise não linear de estruturas é uma tarefa de grande importância na execução de projetos eficientes e seguros, permitindo a economia de recursos materiais, ao tempo que se identifica efeitos de segunda ordem no comportamento do modelo que podem vir a ter consequências significativas. Esse tipo de análise é realizado através de algoritmos numéricos iterativos, e a visualização de resultados gráficos é essencial para auxiliar a interpretação do analista. Por isso, a análise não linear só se tornou recorrente com o advento de aplicações computacionais gráfico-iterativas. Porém, diferentemente de uma análise linear-elástica, em que os resultados fornecidos pelo programa pouco dependem do conhecimento do usuário sobre os métodos de solução, a análise não linear requer uma série de parâmetros de entrada relacionados aos métodos numéricos e, portanto, exige um conhecimento básico por parte do usuário sobre os algoritmos de solução e comportamento do modelo. Tendo isso em vista, este trabalho busca desenvolver uma ferramenta computacional de fácil uso e com uma interface gráfica simples, porém com um solver robusto, para auxiliar a aprendizagem da análise geometricamente não linear de modelos aporticados bidimensionais. Para isso o programa de análise estrutural Ftool, consagrado na comunidade de Engenharia Civil e no meio acadêmico, foi adotado para receber os novos recursos para executar a análise com não linearidade geométrica. Na nova versão do Ftool, os usuários têm a oportunidade de utilizar e testar diversas técnicas de solução do sistema não linear de equilíbrio do modelo, descritas nesse trabalho. A forma como a análise é executada permite um controle total do usuário sobre o progresso da análise. Além disso, resultados em forma de gráficos podem ser estudados no novo ambiente de plotagem do programa.