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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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