Estudo de caso: Programação SkyCiv e Python para análise estrutural de pórticos planos

Você já se perguntou como o software estrutural funciona essencialmente? Apenas continue lendo, e você descobrirá como podemos usar a plataforma SkyCiv e a programação Python através de um exemplo desenvolvido em uma aula de Análise Estrutural.

Uma rápida revisão da análise estrutural

Muitas vezes usamos software disponível para resolver uma análise estrutural, que resulta em forças, deslocamento, esforços, etc. Em termos simples, o problema cai na seguinte forma:F=K∙d

F=K∙d

$F = K bullet d$

Onde:

• F é as forças vetoriais
• K é a rigidez da estrutura
• d é o campo de deslocamento

O objetivo principal é converter uma estrutura contínua em discreta “peças” de uma montagem e analisá-la, obtenção de forças e deslocamentos. Um caminho geral deve ser seguido:

• Pré-processar: o primeiro passo na análise estrutural, onde obtemos os dados da estrutura, geometria, propriedades do material, e carrega e finaliza quando o global matriz de rigidez É construído.
• Processo: onde resolvemos a expressão anterior, F=K∙d F=K∙d$F=Kbullet d$. Alguns métodos geralmente aceitos para resolver o sistema de equações lineares são Gauss-Jordan, Eliminação gaussiana, etc.
• Pós-processo: a parte final para exibir os resultados em termos de forças e tensões, se necessário.

Exemplo de estrutura plana

O exemplo de caso consiste em uma estrutura planar regular (Figura 1).

Figura 1. Exemplo de quadro estrutural 2D

As propriedades do elemento para colunas, feixes, e os materiais são:

Propriedades concretas:

• Resistência do material, f′c=20MPuma f′c=20MPa$f'c = 20 MPa$
• Módulo de elasticidade, E=17000MPuma E=17000MPa$E = 17000 MPa$

Programação Python e Modelagem SkyCiv

Agora é a hora de começar a trabalhar em paralelo com modelagem em Python e SkyCiv. Figura 2 mostra os dados de entrada (nós, elementos, graus de liberdade, orientação do eixo local) para o código desenvolvido em Python. Você mesmo pode verificar o arquivo e executar o exemplo através deste link.

Figura 2. Função de matriz de rigidez local

O arquivo Python usa um paradigma de programação funcional porque é fácil de explicar e desenvolver em sala de aula. Isso consiste em dividir e conquistar, modularizando a construção do código e seus métodos.

Ao codificar o método, o mais importante é definir a formulação matemática a aplicar. Usaremos o feixe de Euler Bernoulli:

As diferenças de valores (Script Python e SkyCiv S3D) são menores, com aproximadamente 2.90% como o meio.

2. Forças axiais

Figura 5. Forças axiais desenvolvidas na estrutura

As diferenças de valores (Script Python e SkyCiv S3D) são menores, com aproximadamente 2.65 % como o meio.

3. forças de cisalhamento

Figura 6. Forças de cisalhamento desenvolvidas no quadro

4. momentos de flexão

Figura 7. Momentos desenvolvidos no quadro

As diferenças de valores (Script Python e SkyCiv S3D) são menores, com aproximadamente 6.81% como o meio.

5. Conclusão

Este post serviu como um teste de que o Plataforma SkyCiv é um excelente recurso para fins educacionais devido às suas poderosas capacidades em análise estrutural. Usando programação Python e comparando os resultados com um software preciso como SkyCiv, é uma obrigação que todo curso de engenharia deve incluir em seu conteúdo principal.