Orientador: Renato Pavanello

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo:
O presente trabalho trata do estudo e implementação de um modelo de acoplamento do método dos elementos finitos (Finite Element Method - FEM) com o método dos elementos discretos (Discrete Element Method - DEM) a fim de analisar problemas de interação entre uma estrutura com o solo. O DEM...

Resumo:
O presente trabalho trata do estudo e implementação de um modelo de acoplamento do método dos elementos finitos (Finite Element Method - FEM) com o método dos elementos discretos (Discrete Element Method - DEM) a fim de analisar problemas de interação entre uma estrutura com o solo. O DEM é reconhecido atualmente como um modelo numérico eficaz para análise de solos e outros materiais granulares, tanto sob carregamento estático como dinâmico. A característica dessa abordagem é que ela considera explicitamente as partículas em um material granular e suas interações, possibilitado um tratamento direto das descontinuidades e da resposta não linear desses materiais, sendo assim uma alternativa viável à abordagem tradicional baseada na mecânica do contínuo. O FEM é um modelo amplamente conhecido para a modelagem de meios contínuos, permitindo a determinação do campo de tensões e deformações atuando na estrutura. Dessa forma, o acoplamento dos dois métodos é uma solução eficaz para tratar problema de interação de meios estruturais contínuos com domínios particulados com comportamento não linear. Para que a associação dos dois métodos possa ocorrer foi proposto um modelo de contato entre o meio contínuo e o discreto, que além de garantir a transferência do carregamento mecânico gerado pelo solo na estrutura, seja de implementação direta. Além disso, nesse trabalho é proposto um algoritmo sequencial de integração no tempo, que acopla o método de Verlet explícito, usado no DEM, com o método de Newmark implícito, usado no FEM. São apresentados resultados indicando a representatividade dos modelos de acoplamento propostos. A motivação da presente pesquisa é a simulação do processo de interação estática e dinâmica entre uma estrutura com o solo a sustentando. Tais processos são de grande interesse na exploração de petróleo em águas profundas

Abstract: This work presents the study and implementation of a model for coupling the finite element method (FEM) with the discrete element method (DEM) in order to analyze interaction problems of structures with granular media. The DEM is recognized nowadays as an effective numerical model for...

Abstract: This work presents the study and implementation of a model for coupling the finite element method (FEM) with the discrete element method (DEM) in order to analyze interaction problems of structures with granular media. The DEM is recognized nowadays as an effective numerical model for analysis of soils and other granular materials, both under static and dynamic loads. The unique feature of this approach is that it explicitly considers the particles in a granular material and their interactions, making possible a direct treatment of the discontinuities and the nonlinear behavior of these materials, becoming then a viable alternative to the traditional approach based on continuum mechanics. The FEM is widely known for modeling continuous media, allowing the determination of the stress and strain fields acting in the structure. Thus, the coupling of the two methods is an effective solution to treat the interaction of a continuous structural media with a particulate domain with nonlinear behavior. To make possible the combination of the two methods it's proposed a contact model between the discrete and continuous medium, which will guarantee the transfer of the mechanical loading generated in the structure by the soil; and its implementation should be direct. Beyond that, this paper proposes a time integration algorithm, which couples the explicit Verlet method, used in DEM, with the implicit Newmark method, used in FEM. The simulations presented indicates a good representativeness of the coupling model proposed. The motivation of this research is to simulate the static and dynamic interaction between structures with the soil. Such processes are of great interest in oil exploration in deep waters