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Tipo: Tese
Título: Estratégia de acoplamento multidimensional para problemas da mecânica da fratura linear elástica
Título(s) alternativo(s): Multidimensional coupling strategy for problems in linear elastic fracture mechanics
Autor(es): Lorena Leocadio Gomes
primer Tutor: Felício Bruzzi Barros
primer miembro del tribunal : Rodrigo Guerra Peixoto
Segundo miembro del tribunal: Lapo Gori
Tercer miembro del tribunal: Roberto Dalledone Machado
Cuarto miembro del tribunal: André Jacomel Torii
Resumen: Como uma instância do Método da Partição da Unidade (MPU), o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é uma técnica numérica que utiliza funções de enriquecimento que, quando multiplicadas pelas funções da Partição da Unidade (PU), expandem o espaço de solução do problema analisado. Essas funções de enriquecimento são selecionadas com base nas características específicas do problema em estudo, podendo também ser numericamente derivadas de análises realizadas localmente em subregiões, resultando no que é conhecido como MEFG com a estratégia Global-Local. Tradicionalmente, a aplicação do MEFG está restrita a modelos em que tanto o problema global quanto o local utilizam o mesmo tipo de elementos na discretização da malha de elementos finitos. Entretanto, em diversos cenários, a combinação de elementos finitos de diferentes dimensões torna-se uma abordagem computacionalmente eficiente para representar a complexidade associada à análise de certas partes da estrutura. A garantia da compatibilidade de deslocamentos e do equilíbrio de forças nesses modelos multidimensionais depende de uma escolha adequada de métodos de acoplamento nas interfaces entre diferentes tipos de elementos. Este trabalho propõe uma estratégia de acoplamento eficiente para análise multidimensional, integrando modelos com elementos de diferentes formulações. A abordagem utiliza um processo iterativo para calcular a matriz de coeficientes do método MPC (\textit{Multipoint Constraint}) deformável, implementado no contexto da análise Global-Local do MEFG. Essa configuração possibilita a realização do acoplamento uma única vez, mesmo em aplicações voltadas à mecânica da fratura. Com isso, a propagação da trinca é restrita ao modelo local, onde a malha é adaptada exclusivamente na região de interesse, preservando a estrutura do modelo global e eliminando a necessidade de novos acoplamentos. Dois modelos e diferentes simulações são apresentadas para validar a estratégia proposta, visando a simulação acurada da presença de defeitos com comportamento bi e tridimensional em estruturas unidimensionais.
Abstract: As an instance of the Partition of Unity Method (PUM), the Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical technique that employs enrichment functions which, when multiplied by the Partition of Unity (PU) functions, expand the solution space of the analyzed problem. These enrichment functions are selected based on the specific characteristics of the problem under study and can also be numerically derived from local analyses, resulting in what is known as the GFEM with Global-Local strategy. Usually, the application of the GFEM is restricted to models where both the global and local problems use the same type of elements in the finite element mesh discretization. However, in various scenarios, combining finite elements of different dimensions becomes a computationally efficient approach to represent the complexity associated with the analysis of certain parts of the structure. Ensuring displacement compatibility and force equilibrium in these multidimensional models depends on an adequate choice of coupling methods at the interfaces between different types of elements. This work proposes an efficient coupling strategy for multidimensional analysis, integrating models with elements of different formulations at the interface. The approach employs an iterative process to compute the coefficient matrix of the deformable MPC (\textit{Multipoint Constraint}) method, implemented within the Global-Local analysis framework of the GFEM. This configuration enables the coupling to be performed only once, even in fracture mechanics applications. Consequently, crack propagation is confined to the local model, where the mesh is adapted exclusively in the region of interest, preserving the global model structure and eliminating the need for additional couplings. Two models and different simulations are presented to validate the proposed strategy, aiming for accurate simulation of defects with two and three-dimensional behavior in one-dimensional structures.
Asunto: Engenharia de estruturas
Método dos elementos finitos
Mecânica da fratura
Acoplamentos
Métodos de simulação
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
Curso: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/83717
Fecha del documento: 11-abr-2025
Aparece en las colecciones:Teses de Doutorado

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