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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2009.tde-21082009-101537
Documento
Autor
Nome completo
Maria do Socorro Martins Sampaio
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2009
Orientador
Banca examinadora
Aguiar, Adair Roberto (Presidente)
Bravo Castillero, Julian
Coda, Humberto Breves
Título em português
O método de Galerkin descontínuo aplicado na investigação de um problema de elasticidade anisotrópica
Palavras-chave em português
Elasticidade anisotrópica
Método de Galerkin descontínuo
Método dos elementos finitos
Problema de equilíbrio
Resumo em português
Estuda-se o problema de equilíbrio sem força de corpo de uma esfera anisotrópica sob compressão radial uniformemente distribuída sobre o seu contorno no contexto da teoria da elasticidade linear clássica. A solução deste problema prediz o fenômeno inaceitável da auto-intersecção em uma região próxima ao centro da esfera para uma dada faixa de parâmetros materiais. Sob o contexto de uma teoria de minimização do funcional de energia potencial total da elasticidade linear clássica com a restrição de que o determinante do gradiente da função mudança de configuração seja injetivo, este fenômeno é eliminado. Aplicam-se duas formulações do Método dos Elementos Finitos de Galerkin Descontínuo (MEFGD) para obter soluções aproximadas para o problema de equilíbrio da esfera sem restrição. A primeira formulação do MEFGD aproxima diretamente os campos de deslocamento e deformação infinitesimal. A consideração do campo adicional de deformação na formulação do MEFGD aumenta o número de graus de liberdade associados aos nós da malha de elementos finitos e, consequentemente, o custo computacional. Com o objetivo de reduzir o número de graus de liberdade, introduz-se neste trabalho uma formulação alternativa do MEFGD. Nesta formulação, o campo de deformação infinitesimal não é obtido diretamente da inversão do sistema de equações resultante, mas sim por pós-processamento, a partir do campo de deslocamento aproximado. As soluções aproximadas obtidas com ambas as formulações do MEFGD são comparadas com a solução exata do problema sem restrição e com soluções aproximadas obtidas com o Método dos Elementos Finitos de Galerkin Clássico (MEFGC). Ambas as formulações do MEFGD fornecem melhores aproximações para a solução exata do que as aproximações obtidas com o MEFGC. Os erros entre a solução exata e as soluções aproximadas obtidas com a formulação alternativa do MEFGD são um pouco maiores do que os erros correspondentes obtidos com a formulação original do MEFGD. Este aumento nos erros é compensado pelo menor esforço computacional exigido pela formulação alternativa. Este trabalho serve de base para o estudo de problemas com restrição de injetividade utilizando o método de Galerkin descontínuo.
Título em inglês
The discontinuous Galerkin method applied to the investigation of an anisotropic elasticity problem
Palavras-chave em inglês
Anisotropic elasticity
Discontinuous Galerkin method
Equilibrium problem
Finite element method
Resumo em inglês
The equilibrium problem without body force of an anisotropic sphere under radial compression that is uniformly distributed on the sphere's boundary is investigated in the context of the classical linear elasticity theory. The solution of this problem predicts the unacceptable phenomenon of self-intersection in a vicinity of the center of the sphere for a given range of material parameters. This phenomenon can be eliminated in the context of a theory that minimizes the total potential energy of classical linear elasticity subjected to the restriction that the deformation field be injective. Two formulations of the Finite Element Method using Discontinuous Galerkin (MEFGD) are used to obtain approximate solutions for the unconstrained problem. The first formulation of the MEFGD approximates both the displacement and the strain fields. The consideration of the strain as an additional field in the formulation of the MEFGD increases the number of degrees of freedom associated to the finite elements and, therefore, the computational cost. With the objective of reducing the number of degrees of freedom, an alternative formulation of the MEFGD is introduced in this work. In this formulation, the strain field is not obtained directly from the inversion of the resulting linear system of equations, but from a post-processing calculation using the approximate displacement field. The approximate solutions obtained with both formulations of the MEFGD are compared with the exact solution of the problem without restriction and with approximate solutions obtained with the Finite Element Method using Classical Galerkin (MEFGC). Both formulations of the MEFGD yield better approximations for the exact solution than the approximations obtained with the MEFGC. The errors between the exact solution and the approximate solutions obtained with the alternative formulation of the MEFGD are slightly higher than the corresponding errors obtained with the original formulation of the MEFGD. These errors are compensated by the fact that the alternative formulation requires less computational effort than the computational effort required by the original formulation. This work serves as a basis for the study of problems with the injectivity restriction using the discontinuous Galerkin method.
 
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Data de Publicação
2009-08-24
 
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