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https://repositorio.ifg.edu.br/handle/prefix/2762| Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Título: | Formulação do método dos elementos finitos utilizando o método de Rayleigh-Ritz para vigas |
| Título(s) alternativo(s): | Formulation of the finite element method using the Rayleigh-Ritz method for beams |
| Autor(es): | Majewski, Rodrigo José dos Santos |
| Primeiro Orientador: | Carrijo, Elias Calixto |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Carrijo, Elias Calixto |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Melo, Matilde Batista |
| metadata.dc.contributor.referee3: | Alves, Claudio Marra |
| Resumo: | O Método dos Elementos Finitos (MEF) é uma das ferramentas numéricas mais utilizadas na análise estrutural contemporânea, sendo a base de diversos softwares comerciais empregados em projetos de engenharia civil. Apesar de sua relevância, o estudo introdutório do MEF não é contemplado de forma sistemática nas disciplinas de graduação em Engenharia Civil de várias instituições brasileiras, o que motivou a elaboração deste trabalho como material de apoio ao aluno em início de estudos. O presente Trabalho de Conclusão de Curso tem como objetivo apresentar, em caráter introdutório, a formulação matemática do MEF a partir do Método de Rayleigh-Ritz, abordando os conceitos do cálculo variacional necessários ao seu entendimento. Para isso, foram desenvolvidos sistematicamente os conceitos de funcional, operador variacional δ, extremos de um funcional e a dedução da equação de Euler-Lagrange. Em seguida, o Método de Rayleigh-Ritz foi formulado e aplicado a uma viga biapoiada submetida a carregamento uniformemente distribuído, recuperando-se a expressão analítica clássica da deflexão. Por fim, o método foi aplicado à formulação do elemento finito unidimensional de viga com quatro deslocamentos nodais, obtendo-se a matriz de rigidez K(e) de ordem 4 × 4 e o vetor de forças nodais equivalentes f (e) característicos do elemento viga clássico do MEF. Os resultados obtidos demonstram a consistência teórica do Método de Rayleigh-Ritz como fundamento variacional do MEF e reforçam o seu papel como ponte didática entre os métodos clássicos da análise estrutural e os métodos numéricos modernos. |
| Abstract: | The Finite Element Method (FEM) is one of the most widely used numerical tools in contemporary structural analysis, forming the basis of several commercial software packages employed in civil engineering projects. Despite its relevance, an introductory study of the FEM is not systematically addressed in the undergraduate curriculum of Civil Engineering at several Brazilian institutions, which motivated this work as a supporting material for students beginning their studies in the field. This Final Course Work aims to present, in an introductory manner, the mathematical formulation of the FEM based on the Rayleigh-Ritz Method, covering the concepts of variational calculus necessary for its understanding. To this end, the concepts of functional, variational operator δ, extrema of a functional, and the derivation of the Euler-Lagrange equation were systematically developed. Subsequently, the Rayleigh-Ritz Method was formulated and applied to a simply supported beam subjected to a uniformly distributed load, recovering the classical analytical expression of the deflection. Finally, the method was applied to the formulation of the one-dimensional beam finite element with four nodal displacements, obtaining the 4 × 4 stiffness matrix K(e) and the equivalent nodal force vector f (e) characteristic of the classical FEM beam element. The results obtained demonstrate the theoretical consistency of the Rayleigh-Ritz Method as the variational foundation of the FEM and reinforce its role as a didactic bridge between the classical methods of structural analysis and modern numerical methods. |
| Palavras-chave: | Método dos Elementos Finitos Método de Rayleigh-Ritz Cálculo Variacional Análise Estrutural Finite Element Method Rayleigh-Ritz Method Calculus of Variations Structural Analysis |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS::MECANICA DAS ESTRUTURAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Insitituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás |
| Sigla da Instituição: | IFG |
| metadata.dc.publisher.department: | Câmpus Goiânia |
| Citação: | MAJEWSKI, Rodrigo José dos Santos. Formulação do método dos elementos finitos utilizando o método de Rayleigh-Ritz para vigas. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Campus Goiânia, Goiânia, 2026. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ifg.edu.br/handle/prefix/2762 |
| Data do documento: | 3-Jun-2026 |
| Aparece nas coleções: | Bacharelado em Engenharia Civil |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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