Tópicos Avançados em Mecânica Estrutural
Objetivos
O objectivo da disciplina é permitir aos alunos apreenderem algumas matérias que podem ser consideradas importantes na área da Mecânica Estrutural. É o caso da matéria de optimização estrutural no sentido da obtenção de projetos de estruturas melhorados do ponto de vista, por exemplo, do peso (mais leves) e da resistência mecânica (mais resistentes). A outra matéria é o estudo do comportamento mecânico dos materiais compósitos constituídos por uma matriz reforçada por fibras, dispostos em várias lâminas de forma a constituírem um laminado, que são cada vez mais usados para construir estruturas em Engenharia Mecânica. Pretende-se que os alunos analisem estes problemas recorrendo a software comercial de cálculo automático de estruturas vulgarmente utilizado na indústria.
Caracterização geral
Código
12043
Créditos
6.0
Professor responsável
Pedro Samuel Gonçalves Coelho
Horas
Semanais - 4
Totais - 56
Idioma de ensino
Inglês
Pré-requisitos
Para a frequência a esta unidade curricular é recomendado que os alunos tenham tido aprovação nas Mecânica dos Sólidos I/II.
Bibliografia
Mechanics of Composite Materials, Robert M. Jones, Taylor & Francis, London, 1999.
Introduction to Optimum Design, Fourth Edition, Jasbir S. Arora, Science Direct, 2016
Método de ensino
Aulas teóricas e aulas práticas
Método de avaliação
A avaliação contínua dos alunos termina no último dia de aulas do semestre e consta de dois trabalhos e um teste.
1º Trabalho ( TR1 ) – Trabalho de grupo sobre modelação, análise e optimização de estruturas.
2º Trabalho ( TR2 ) – Trabalho de grupo envolvendo a determinação de propriedades macroscópicas de um compósito através da análise de um RVE.
Teste ( T ) – Teste de avaliação escrito (com consulta).
Os trabalhos requerem a elaboração de relatórios.
Para ter aprovação na disciplina o aluno deverá ter a média ponderada calculada pela equação seguinte positiva na avaliação, isto é,
0,35 x TR1 + 0,35 x TR2 + 0,3 x T >= 10val
No caso do aluno reprovar na avaliação contínua poderá ir a exame (E) e, nesse caso, deverá ter uma nota igual ou superior a 9,5 valores e a aprovação na disciplina será dada pela seguinte equação,
0,35 x TR1 + 0,35 x TR2 + 0,3 x E >= 10
Conteúdo
Formulação de problemas de optimização estrutural. Optimização de dimensões, de forma e de topologia. Optimização constrangida e não constrangida. Conceito de multiplicador de Lagrange. Optimização linear e não linear. Condições de optimalidade (KKT). Optimização contínua e discreta. Funcionamento dos algoritmos baseados no gradiente. Funcionamento das meta-heurísticas. Resolução de problemas de optimização dimensional e de topologia de estruturas utilizando os programas OCTAVE (MATLAB) e ANSYS.
Introdução aos materiais compósitos constituídos por resinas reforçadas com fibras. Comportamento macromecânico de uma lâmina. Relações tensão–deformação para materiais anisotrópicos. Comportamento micromecânico de uma lâmina. Comportamento de laminados. Modos de falha e critérios de falha. Modelos numéricos de compósitos: micro, meso e macro escala. Optimização de estruturas constituídas por materiais compósitos.