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http://hdl.handle.net/1843/80015
Type: | Tese |
Title: | Abordagens estáveis do MEFG/X na simulação de trincas com modelo de zona coesiva em meios parcialmente frágeis |
Other Titles: | Stable versions of G/XFEM applied to the cohesive crack models in quasi-brittle materials |
Authors: | Thaianne Simonetti de Oliveira |
First Advisor: | Felício Bruzzi Barros |
First Co-advisor: | Samuel Silva Penna |
First Referee: | Leandro Lopes da Silva |
Second Referee: | Deane de Mesquita Roehl |
Third Referee: | Francisco Evangelista Junior |
metadata.dc.contributor.referee4: | Nathan Shauer |
Abstract: | O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), aqui entendido como uma abordagem equivalente ao Método dos Elementos Finitos Estendidos (MEFX), tem se consolidado na solução numérica de problemas da Mecânica da Fratura. Entre as vantagens relacionadas à sua aplicação neste contexto, podem ser citadas a relativa independência da malha na descrição da trinca e a capacidade de melhorar a representação do campo de tensões nas proximidades da ponta da trinca a partir da incorporação de um enriquecimento extrínseco. Apesar de seu relativo sucesso nesta seara, as limitações do MEFG/X motivaram o surgimento de uma nova estratégia: o Método dos Elementos Finitos Generalizados Estável (MEFG-E), resultante de uma simples modificação no enriquecimento empregado no MEFG/X. Esta abordagem, por suas potencialidades e relativa simplicidade, tem sido tema de recentes discussões na literatura. Esta tese investiga a simulação da propagação de trincas com modelo de zona coesiva no contexto do MEFG/X e do MEFG-E. São propostas diferentes estratégias de enriquecimento, que consideram esta simulação a partir apenas de funções degrau ou de uma combinação entre estas funções e um enriquecimento de natureza trigonométrica. Os desempenhos destas estratégias são avaliados em termos de acurácia e de condicionamento. Até onde vai o conhecimento da autora, esta é a primeira aplicação do MEFG-E à propagação de trincas com consideração de coesão na existência de enriquecimento trigonométrico. Propõe-se também uma formulação de modelo contínuo-descontínuo, baseada numa simplificação de outros modelos existentes na literatura. Também é, até onde se sabe, o primeiro trabalho a investigar o MEFG-E neste tipo de modelo. As simulações numéricas foram conduzidas a partir da plataforma computacional INSANE (INteractive Structural Analysis ENviroment), que já possui um arcabouço para análises utilizando o MEFG/X e o MEFG-E. Os resultados indicam que as estratégias de enriquecimento propostas são em geral acuradas, bem condicionadas e robustas em problemas que representam o material dos elementos como um material linear elástico. Por outro lado, foram constatadas limitações no modelo contínuo-descontínuo. |
Abstract: | The Generalized Finite Element Method (GFEM), here understood as equivalent to the eXtended Finite Element Method (XFEM), has been intensively developed in the last few decades, being useful in many problems, such as fracture mechanics problems. Features as the relative mesh independence and the description's improvement on the representation of stress-field in regions close to the crack's tip may be recorded as some of the reasons behind G/XFEM good performance in aforementioned problems. Despite this, G/XFEM shortcomings yielded to the development of the Stable Generalized Finite Element Method (SGFEM). SGFEM is constructed by a simple modification of the enrichment used in G/XFEM. Regarding its potential, SGFEM has been theme of recent literature discussions. This thesis studies the simulation of cohesive crack propagation by G/XFEM and SGFEM. Different enrichment strategies are considered. Some of them carry out the simulation employing only Heaviside functions, while others consider a combination of Heaviside and trigonometric enrichment functions. The performances of the distinct enrichment strategies are compared in terms of accuracy and conditioning. To the best of the author's knowledge, a systematic study of SGFEMs application to simulate cohesive crack propagation problems with the presence of trigonometric enrichment functions has not been performed yet. A formulation of a continuous-discontinuous (C-D) model, based on a simplification of other models, is also developed. As long as it is known, this is also the first work to apply SGFEM to such a model. Numerical simulations are performed in INSANE (INteractive Structural Analysis ENviroment). In this software, it is possible to find a framework to perform simulations with G/XFEM and SGFEM. Results indicate that the different enrichment strategies are generally accurate, well-conditioned and robust, when the element's bulk is considered a linear elastic isotropic material. However, shortcomings concerning C-D model here implemented are found. |
Subject: | Engenharia de estruturas Método dos elementos finitos Mecânica da fratura Algoritmos - Simulação por computador |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/80015 |
Issue Date: | 17-Dec-2024 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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