O objetivo central deste trabalho é implementar modelos constitutivos hiperelásticos não lineares em um código computacional que faz análise não linear geométrica de cascas. São necessários, para este propósito, conceitos sobre álgebras linear e tensorial, cinemática, deformação, tensão, balanços, princípios variacionais, métodos numéricos e hiperelasticidade. Tal programa usa a formulação Lagrangiana posicional, o Método dos Elementos Finitos, o Princípio dos Trabalhos Virtuais e o método iterativo de Newton-Raphson para solução das equações não lineares. O elemento finito de casca possui dez nós, sete parâmetros por nó e variação linear da deformação ao longo da espessura. Para dedução dos novos modelos usouse a decomposição multiplicativa do gradiente da função mudança de configuração, o tensor deformação de Green-Lagrange e o tensor da tensão de Piola-Kirchhoff de segunda espécie. O código desenvolvido foi usado em simulações de diversos exemplos e apresentou boa precisão na análise mecânica de polímeros naturais altamente deformáveis. A ocorrência do fenômeno travamento não se manifestou nas análises realizadas. A presente pesquisa confirmou outros trabalhos, reforçou a necessidade de se usar modelos hiperelásticos não lineares para simular o comportamento mecânico de polímeros naturais e apresentou resultados condizentes com dados experimentais existentes na literatura científica e às respectivas soluções analíticas.

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Purpose The purpose of this paper is to deal with large deformation analysis of plane beams composed of functionally graded (FG) elastic material with a variable Poisson’s ratio. Design/methodology/approach The material is assumed to be linear elastic, with a Poisson’s ratio varying according to a power law along the thickness direction. The finite element used is a plane beam of any-order of approximation along the axis, and with four transverse enrichment schemes, which can describe constant, linear, quadratic and cubic variation of the strain along the thickness direction. Regarding the constitutive law, five materials are adopted: two homogeneous limiting cases, and three intermediate FG cases. The effect of both finite element kinematics and distribution of Poisson’s ratio on the mechanical response of a cantilever is investigated. Findings In accordance with the scientific literature, the second scheme, in which the transverse strain is linearly variable, is sufficient for homogeneous long (or thin) beams under bending. However, for FG short (or moderate thick) beams, the third scheme, in which the transverse strain variation is quadratic, is needed for a reliable strain or stress distribution. Originality/value In the scientific literature, there are several studies regarding nonlinear analysis of functionally graded materials (FGMs) via finite elements, analysis of FGMs with constant Poisson’s ratio, and geometrically linear problems with gradually variable Poisson’s ratio. However, very few deal with finite element analysis of flexible beams with gradually variable Poisson’s ratio. In the present study, a reliable formulation for such beams is presented.