Métodos Computacionais em Engenharia Mecânica
Código
8452
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial
Créditos
6.0
Professor responsável
António Paulo Vale Urgueira, Pedro Samuel Gonçalves Coelho
Horas semanais
4
Língua de ensino
Português
Objectivos
A disciplina de Métodos Computacionais em Engenharia Mecânica pretende desenvolver no aluno a capacidade para resolver problemas complexos de engenharia recorrendo às mais recentes aplicações computacionais disponíveis. Para além de adquirir competências teóricas sobre o funcionamento do método dos elementos finitos e sobre de optimização estrutural, o aluno obtém experiência no uso de programas e de linguagens de programação que lhe permitem abordar a resolução de problemas práticos. MATLAB e ANSYS são os programas comerciais utilizados nesta disciplina.
Pré-requisitos
Para a frequência a esta unidade curricular é recomendado que os alunos tenham tido aprovação nas Mecânica dos Sólidos I/II e Vibrações Mecânicas e Ruído.
Conteúdo
Programação em linguagem MATLAB aplicada ao cálculo matricial. Introdução ao método dos elementos finitos. Método dos elementos finitos em vigas. Análise estática, dinâmica, instabilidade e harmónica. Aplicações em MATLAB envolvendo estruturas com elementos do tipo barra e viga. Introdução ao programa comercial de elementos finitos ANSYS. Comparação de resultados obtidos entre MATLAB e ANSYS. Introdução à linguagem de programação do ANSYS (APDL). Resolução de problemas de elasticidade plana pelo método dos elementos finitos. Aplicações bidimensionais e tridimensionais em ANSYS.
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 . Optimização contínua e discreta e respectivos algoritmos. Resolução de problemas de optimização dimensional de estruturas utilizando os programas MATLAB e ANSYS.
Bibliografia
An Introduction to the Finite Element Method
J.N. Reddy
McGraw-Hill
Problemas de Elementos Finitos em MATLAB
A.J.M. Ferreira
Fundação Calouste Gulbenkian
Método dos Elementos Finitos - Técnica de Simulação Numérica em Engenharia
Teixeira-Dias, Pinho-da-Cruz, Fontes Valente e Alves de Sousa
ETEP
Introduction to Optimum Design
Jasbir S. Arora
McGraw-Hill
Método de ensino
Aulas teóricas e aulas laboratoriais estão programadas. Nas aulas téoricas são dadas notas no quadro assim como também apresentações em powerpoint. No laboratório os estudantes interagem com computadores pessoais e o sofware instalado (MATLAB e ANSYS).
Método de avaliação
A avaliação contínua dos alunos termina no última dia de aulas do semestre e consta de dois trabalhos e dois mini-testes.
1º Trabalho ( TR1 ) – Trabalho individual sobre o MEF aplicado a problemas de vigas. Programação em MATLAB e comparação dos resultados com o ANSYS.
2º Trabalho ( TR2 ) – Trabalho de grupo (máx. de 3 alunos) sobre modelação, análise e optimização de estruturas (MATLAB/ANSYS).
1º Mini-Teste ( T1 ) – Teste de avaliação sobre a primeira parte da matéria (MEF).
2º Mini-Teste ( T2 ) – Teste de avaliação sobre a segunda parte da matéria (Optimização).
Todas as componentes da avaliação são obrigatórias e a presença nas aulas teóricas e práticas requerida. Os trabalhos requerem a elaboração de relatórios e devem ter uma classificação mínima de 10 valores. Para ter aprovação na disciplina o aluno deverá ter a média ponderada calculada pela equação seguinte positiva na avaliação, isto é,
0,3 x TR1 + 0,2 x TR2 + 0,25 x T1 + 0,25 x T2 >= 10
No caso do aluno reprovar na avaliação contínua poderá ir a exame (E) e, nesse caso, a aprovação na disciplina será dada pela seguinte equação:
0,3 x TR1 + 0,2 x TR2 + 0,5 x E >= 10
O exame E tem nota mínima de 9,5val. Os trabalhos TR1 e TR2 terão sido obrigatoriamente realizados durante a avaliação contínua da disciplina.