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Implementação computacional do método da rigidez direta para análise de pórticos planos com barras de inércia variável

dc.contributor.advisorAlmeida, Francisco José Pereira de
dc.contributor.advisor-latteshttp://lattes.cnpq.br/4561620103335126
dc.contributor.authorLucas, Fidel Morais
dc.date.accessioned2026-04-09T14:15:19Z
dc.date.issued2026-03-18
dc.description.abstractThe structural analysis of plane frames is a fundamental area of structural engineering that has evolved significantly with the advent of scientific computing. This work presents the de velopment of a computational application for plane frame analysis using the Direct Stiffness Method, implemented in the Python programming language. The main objective is to create an efficient and accessible computational tool that allows structural analysis of plane frames with constant and variable cross-section elements, providing accurate results for nodal displacements, internal forces, and support reactions. The adopted methodology is based on the systematic implementation of the Direct Stiffness Method, considering the classical matrix formulation of structural analysis. The application development uses the scientific libraries NumPy and SciPy for matrix operations and linear system solving, while the graphical interface is built with the Tkinter library, providing an intuitive user experience. A distinctive feature of the application is the ability to analyze elements with variable cross-sections through the imple mentation of numerical integration techniques, significantly expanding the structural modeling possibilities. The theoretical framework covers the fundamentals of matrix structural analysis, with emphasis on the Direct Stiffness Method, including the formulation of elemental stiffness matrices, coordinate transformation procedures, global stiffness matrix assembly, and boundary condition application. The work also presents the mathematical foundation for treating variable cross-section elements, using the Flexibility Method with numerical integration. Tool validation will be performed through comparison with known analytical solutions and results obtained by established commercial software, ensuring the accuracy and reliability of the implemented calculations. It is expected that this application will contribute both to structural analysis teaching and practical applications in structural design offices, offering a free and educational alternative to existing commercial textitsoftware.eng
dc.description.areaconhecimentocnqpEngenharias
dc.description.cursoCiência da Computação (Bacharelado)pt_BR
dc.description.resumoAanálise estrutural de pórticos planos é uma área fundamental da engenharia estrutural que tem evoluído significativamente com o advento da computação científica. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma aplicação computacional para análise de pórticos planos utilizando o Método da Rigidez Direta, implementado na linguagem de programação Python. O objetivo prin cipal consiste em criar uma ferramenta computacional eficiente e acessível que permita a análise estrutural de pórticos planos com elementos de seção constante e variável, fornecendo resultados precisos para deslocamentos nodais, esforços internos e reações de apoio. A metodologia adotada fundamenta-se na implementação sistemática do Método da Rigidez Direta, considerando a formulação matricial clássica da análise estrutural. O desenvolvimento da aplicação utiliza as bibliotecas científicas NumPy e SciPy para operações matriciais e resolução de sistemas lineares, enquanto a interface gráfica é construída com a biblioteca Tkinter, proporcionando uma experi ência intuitiva ao usuário. Uma característica diferencial da aplicação é a capacidade de analisar elementos com seção transversal variável através da implementação de técnicas de integração numérica, ampliando significativamente as possibilidades de modelagem estrutural. O referencial teórico abrange os fundamentos da análise matricial de estruturas, com ênfase no Método da Rigidez Direta, incluindo a formulação das matrizes de rigidez elementares, procedimentos de transformação de coordenadas, montagem da matriz de rigidez global e aplicação das condições de contorno. O trabalho também apresenta a fundamentação matemática para tratamento de elementos de seção variável, utilizando o Método das Flexibilidades com integração numérica. Avalidação da ferramenta será realizada através da comparação com soluções analíticas conhe cidas e resultados obtidos por textitsoftwares comerciais consolidados, garantindo a precisão e confiabilidade dos cálculos implementados. Espera-se que esta aplicação contribua tanto para o ensino da análise estrutural quanto para aplicações práticas em escritórios de cálculo estrutural, oferecendo uma alternativa gratuita e didática aos textitsoftwares comerciais existentes
dc.identifier.citationLUCAS, Fidel Morais. Implementação computacional do método da rigidez direta para análise de pórticos planos com barras de inércia variável. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Cariri, Juazeiro do Norte, 2025..
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufca.edu.br/handle/123456789/194
dc.language.isopt
dc.subjectAnálise estrutural
dc.subjectMétodo da Rigidez Direta
dc.subjectPórticos planos
dc.subjectPython
dc.subjectEngenharia computacional
dc.titleImplementação computacional do método da rigidez direta para análise de pórticos planos com barras de inércia variável
dc.typeTrabalho de Conclusão de Curso

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