Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS) (2013)
- Authors:
- Autor USP: AMARO JUNIOR, RUBENS AUGUSTO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PCC
- Subjects: INTERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA; DINÂMICA DOS SÓLIDOS; MÉTODOS NUMÉRICOS
- Language: Português
- Abstract: Neste trabalho um método de partículas para simular a dinâmica de sólidos elásticos é implementado. O método é baseado no Moving Particle Semi-implicit (MPS), originalmente desenvolvido para escoamentos incompressíveis com superfície livre. A estratégia principal do MPS é substituir os operadores diferenciais das equações governantes por operadores diferenciais discretos em uma distribuição de nós irregulares, derivados de um modelo de interação entre partículas. Em geral, por ser um método sem malha, é muito efetivo para a simulação de problemas hidrodinâmicos envolvendo superfícies livres, fragmentação e fusão, e problemas envolvendo grandes deformações, corpos de geometria complexa e fronteiras móveis. Na última década, o método MPS foi estendido para a análise de estruturas elásticas e elastoplásticas, tornando possível a análise de sistemas dinâmicos e o acoplamento da análise hidrodinâmica e estrutural para investigar problemas de hidroelasticidade. Para a análise dinâmica de sólidos elásticos, a equação constitutiva caracterizada pela densidade, módulo de Young e coeficiente de Poisson, é resolvida através da aplicação dos operadores gradiente e divergente originalmente desenvolvidos para fluidos, com algumas adaptações, e um operador rotacional. Isto resulta, essencialmente, em um sistema de partículas ligadas entre si por molas normais e tangenciais, onde os movimentos de translação e rotação, de cada partícula, são calculados por meio da integração explicita da equação de movimento. O simulador implementado neste trabalho é uma versão melhorada do simulador desenvolvido no Tanque de Provas Numérico (TPN / USP), permitindo o estudo da dinâmica de sólidos envolvendo colisões, fragmentação e modelos hidroelásticos.No caso de análise 3D, em vez de Ângulos de Euler, os ângulos são determinados pela álgebra dos quatérnions de Hamilton, evitando erros de singularidades. Um algoritmo genérico de busca de contato é proposto para permitir a investigação de colisão e fragmentação entre vários sólidos. No modelo simplificado, a ocorrência de fragmentação é detectada quando a deformação entre as partículas é maior do que uma deformação crítica. No caso da interação fluido-estrutura, as partículas de superfície do sólido são tratadas como partículas de fluido e as pressões destas partículas são calculadas pela resolução da equação de Poisson para a pressão, tal como as partículas de fluido. Desta forma, o acoplamento entre sólido e fluido é realizado utilizando o deslocamento e velocidade do sólido elástico, como condições de contorno do fluido, e a pressão na interface, obtida pela resolução do movimento do fluido, é aplicada ao movimento do sólido elástico. Validações qualitativas e quantitativas do método são realizadas para casos estáticos e dinâmicos sujeitos a diferentes condições de contorno, comparando os resultados numéricos obtidos pelo MPS, outros métodos numéricos, soluções analíticas e medições experimentais presentes na literatura.
- Imprenta:
- Data da defesa: 08.08.2013
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ABNT
AMARO JUNIOR, Rubens Augusto. Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS). 2013. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2013. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-10072014-170459/. Acesso em: 04 jun. 2024. -
APA
Amaro Junior, R. A. (2013). Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS) (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-10072014-170459/ -
NLM
Amaro Junior RA. Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS) [Internet]. 2013 ;[citado 2024 jun. 04 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-10072014-170459/ -
Vancouver
Amaro Junior RA. Simulação computacional do comportamento elástico de materiais pelo método de partículas Moving Particle Semi-implicit (MPS) [Internet]. 2013 ;[citado 2024 jun. 04 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-10072014-170459/ - Numerical modeling of fluid-structure interaction (FSI):: time-consistent pressure computation, rigid bodies contact and coupled particle-mesh methods.
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