2023

Mecânica Computacional

Nome: Mecânica Computacional
Cód.: EME13155D
6 ECTS
Duração: 15 semanas/156 horas
Área Científica: Engenharia Mecânica

Língua(s) de lecionação: Português
Língua(s) de apoio tutorial: Português

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Objetivos de Aprendizagem

Esta unidade curricular visa preparar os alunos para a utilização de ferramentas computacionais, nomeadamente o método dos elementos finitos e outros métodos de discretização. O aluno deve saber desenvolver elementos finitos, conhecer as capacidades e limitações dos principais elementos finitos disponíveis, nomeadamente nos programas comerciais de elementos finitos mais utilizados. O aluno deve compreender que o projecto envolve uma abordagem mecatrónica havendo que resolver em geral problemas electromagnéticos e mecânicos acoplados. O objectivo deste curso é ainda introduzir os alunos na utilização de programas comerciais de análise por elementos finitos e fornecer ferramentas e metodologias de modelação e análise. No final os alunos devem possuir conhecimentos e capacidade para analisar computacionalmente sistemas mecatrónicos.

Conteúdos Programáticos

Revisão das equações básicas dos meios contínuos e princípios energéticos em mecânica estrutural. Abordagem numérica por diferenças finitas, elementos finitos e elementos de fronteira.
Introdução à utilização de códigos comerciais, ANSYS, ABAQUS e sistemas CAE, CAD/CAM e CIM.
O método dos elementos finitos. Abordagem discreta e a sua implementação computacional. Abordagem contínua. Formulação de elementos de viga, placa, casca e sólido. Análise dinâmica. Comparação com modelos contidos em códigos comerciais.
Introdução à análise não linear, plasticidade e grandes deformações.
Formulação de elementos para a resolução de problemas acoplados (eléctrico, magnético, térmico, mecânico, etc.) incluindo materiais activos (piezoeléctricos, magnetostritivos, electrostrictivos, etc.). A formulação de elementos finitos para análise de escoamentos de fluidos.
Introdução à análise em múltiplas escalas. Micromecânica e homogeneização. Teoremas e limites de equivalências e mudanças de escalas.

Métodos de Ensino

Leccionação de aulas teóricas e desenvolvimento de algoritmos para solução de problemas complexos. Desenvolvimento de elementos e utilização de programas comerciais de FEM.
Consoante os tópicos poderão ser promovidos seminários focados sobre pontos específicos do conteúdo programático.
Avaliação: Realização de trabalhos práticos de formulação e um projecto de desenvolvimento de um código computacional de elementos finitos, com discussão final.

Bibliografia

* The finite element method, Linear static and dynamic finite element analysis, T. J. R. Hughes, Dover.
* An Introduction to the Finite Element Method (International edition), J. N. Reddy, McGraw-Hill.
* Finite Element Procedures, K. J. Bathe, Prentice-Hall.
* Concepts and Applications of Finite Element Analysis, R. D. Cook, D. S. Malkus, M. E. Plesha, R. J. Witt, Prentice Hall.
* Nonlinear finite elements for continua and structures, T. Belytschko, W. K. Liu, B. Moran, John Wiley and Sons.
* An Introduction to Computational Micromechanics, T. I. Zohdi, P. Wriggers, Springer.
* An introduction to continuum Mechanics, Morton. E. Gurtin, Academic Press, San Diego, 1981.
* Electromagnetic Fields and Energy, H. A. Haus, J. R. Melcher, Prentice-Hall.
* Scientific relevant papers.