Estratégias numéricas para otimização da solução não linear de problemas estruturais.

Abstract

É crescente a busca por ferramentas computacionais capazes de realizar simulações numéricas de sistemas estruturais com comportamento não linear. Para problemas estáticos não lineares, em particular, é fundamental a implementação e uso de estratégias numéricas com o objetivo de obter de forma completa as trajetórias de equilíbrio da estrutura, superando possíveis pontos críticos (pontos limite e de bifurcação). No contexto dos métodos de discretização (Método dos Elementos Finitos, Método das Diferenças Finitas, Método dos Elementos de Contorno, etc), em que estratégias incrementais e iterativas são geralmente adotadas, os solvers não lineares devem ser eficientes nas duas fases do processo de solução (predita e corretiva), para cada passo do carregamento aplicado. São implementadas neste trabalho duas estratégias para tornar o procedimento de solução não linear mais robusto e eficiente: o ciclo iterativo de Potra-Pták e a técnica de otimização da busca linear. A primeira estratégia consiste em uma modificação do processo iterativo de Newton-Raphson, na qual são realizadas duas avaliações da função gradiente, representada pelas forças desequilibradas do sistema estrutural. Por sua vez, a busca linear é a técnica que visa escalonar o vetor de deslocamentos corretivos na fase iterativa, procurando garantir e acelerar a convergência do processo. Essas estratégias numéricas são detalhadas, implementadas (na ferramenta computacional CS-ASA, Computational System for Advanced Structural Analysis) e usadas em análises de estruturas com forte não linearidade. Através dos resultados numéricos obtidos, percebe-se que as estratégias empregadas são alternativas válidas e eficientes para a análise não linear geométrica de vigas, colunas, pórticos e arcos, proporcionando, em geral, a redução no número de incrementos de carga, iteração e tempo de processamento para obter o caminho de equilíbrio de forma completa.