Francisco Quaranta Neto

Título



Modelagem de Problemas de Contato-Impacto Empregando Formulações Penalizadas do Método dos Elementos Finitos

Orientador(es)



José Luis Drummond Alves

Resumo



Este trabalho apresenta uma nova abordagem computacional para o tratamento de problemas tridimensionais de contato-impacto entre corpos deformáveis, através da extensão da técnica das splitting pinballs, em conjunto com uma formulação especial, para o elemento tetraédrico linear. Os conceitos fundamentais de uma formulação penalizada de elementos finitos para a imposição da condição de impenetrabilidade são abordados, além dos principais aspectos de duas técnicas que utilizam partículas discretas para determinação de elementos em contato e cálculo de forças de penalização. Estas técnicas são aplicadas na análise de problemas com situações gerais de contato (grandes deslocamentos e deformações nos elementos, auto-contato, erosão, etc.), graças à busca e determinação automática dos elementos envolvidos no fenômeno de contato. Os algoritmos desenvolvidos são implementados em códigos computacionais de análise não-linear de sólidos e cascas. A discretização temporal utiliza o operador de diferenças centrais e a análise transiente é efetuada utilizando o esquema explícito de solução. São apresentados vários exemplos de aplicação que demonstram a capacidade de modelagem e robustez das técnicas apresentadas. Palavras chaves: Contato-Impacto, Método dos Elementos Finitos, Análise Não-Linear Transiente Explícita.

Abstract



This work presents a new computational approach extending the splitting pinball technique in conjunction with a special formulation for the linear tetrahedral element to address three-dimensional contact-impact problems between deformable bodies. The underlying concepts with a penalty finite element formulation to enforce the impenetrability condition is addressed. A discussion on the main aspects of two techniques that use discrete particles to find elements in contact and computation of penalty forces is presented. These techniques treat general contact problems (large displacements and strains, self-contact, erosion) by an automatic search to determine elements in contact. The algorithms developed are used in nonlinear finite element codes for analysis of solids and shells. The time discretization uses the central difference operator and the transient analysis uses the explicit solution method. Finally, several examples demonstrating modeling capabilities and robustness of the approach are presented. Key words: Contact-Impact, Finite Element Method, and Nonlinear Explicit Transient Analysis.

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