Static and dynamic analysis of frame structures: simulation environment using java

In this work a static and dynamic elastic analyses of frame structures using the finite element method (FEM) is described. The superstructure is modeled employing six sets of frame structures (plane truss, space truss, plane frame, grilled, space frame and space frame stiffened by shear cores) and specific finite elements are developed for these purposes. According to the specific case, bending effects (Euler-Bernoulli or Timoshenko models), torsional effects (under Saint Venant or Vlasov assumptions) are properly operated and the explicit forms of stiffness and mass matrices and equivalent nodal vector are presented. Special attention is paid to the static soil-structure interaction problem. In this case the superstructure (standard space frame) is modeled by FEM, whereas the soil is assumed to be an elastic half-space and modeled by the boundary element method (BEM). Finally the algebraic systems from both methods are coupled in order to allow the soil-structure interaction analysis. Another focus of this study is to develop a simulation environment (called SAPROMS NET) incorporating mainly the preprocessing and processing steps and both are implemented in object-oriented language Java. Some numerical examples are presented, as well as details of the simulation environment.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste trabalho são descritas análises estática e dinâmica em regime elástico de estruturas reticuladas utilizando o método dos elementos finitos (MEF). A superestrutura é modelada para seis famílias de estruturas reticuladas (treliça plana, treliça espacial, pórtico plano, grelha, pórtico espacial e pórtico espacial enrijecido com núcleo estrutural) e elementos finitos específicos são desenvolvidos para esse fim. Nos casos pertinentes, os efeitos de flexão (segundo as teorias de Euler-Bernoulli e Timoshenko), de torção (segundo as hipóteses de Saint Venant e Vlasov), são devidamente explorados e as formas explícitas das matrizes de rigidez, de massa e vetor nodal equivalente são apresentadas. Um enfoque especial é dado para o problema de interação solo-estrutura em regime estático. Nesse caso a superestrutura, que pode ser associada ao pórtico espacial sem enrijemento por núcleo estrutural, é modelada pelo MEF e o solo (admitido ser um sólido elástico semi-infinito) é representado por equações integrais compostas e sistematizado algebricamente pelo método dos elementos de contorno (MEC). E por fim, os sistemas algébricos do MEF e do MEC são compatibilizados permitindo assim a análise da interação solo-estrutura. Outro enfoque do trabalho é o desenvolvimento de um ambiente de simulação (denominado SAPROMS NET) voltado, principalmente, para as etapas de pré-processamento e processamento. Essas são implementadas na linguagem orientada a objetos Java. Alguns exemplos numéricos são apresentados, assim como o detalhamento do ambiente de simulação