Desenvolvimento de um programa computacional para análise de trincas via método dos elementos de contorno: modelagem de sólidos e geração de malha
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Data
2023-03-03
Autores
Schiara, Leandro de Souza
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A integridade das estruturas pode ser seriamente afetada pela presença de trincas, portanto, são necessários meios de se detectar, dimensionar e avaliar a severidade desses defeitos. Para essa avaliação, a mecânica da fratura tem se mostrado uma disciplina de crescente importância no projeto e na manutenção de estruturas e equipamentos em várias indústrias, especialmente nas de aviação e de óleo e gás. O uso dessa disciplina, no entanto, normalmente exige o emprego de métodos numéricos. O método dos elementos de contorno é uma técnica bastante adequada para a modelagem de defeitos planares em face se sua propriedade de redução de dimensionalidade. Dessa forma, a etapa de pré-processamento é bastante simplificada se comparada à técnica de elementos finitos, por exemplo. Não há muitas ferramentas de fácil utilização e que abranjam todas as etapas de uma simulação numérica via elementos de contorno, especialmente quando se trata de trincas, por terem topologia normalmente não aceita pelos programas usuais de modelagem de sólidos. Por causa disso, esse trabalho dedicou-se ao desenvolvimento de um software capaz de efetuar o modelamento dos sólidos adaptado à mecânica da fratura, bem como gerar a malha na superfície para análise via método dos elementos de contorno. O programa em desenvolvimento tem e terá mínima dependência de softwares externos. A união da modelagem computacional de sólidos, da mecânica da fratura e do método dos elementos de contorno permitirá o desenvolvimento de uma ferramenta computacional simples denominada CABEMT, mas de considerável flexibilidade e, portanto, capaz de ser utilizada na prática de engenharia.
Structural integrity can be seriously compromised by the presence of crack-like flaws, therefore, there should be ways to detect, measure and assess the severity of such damages. The latter is frequently addressed by fracture mechanics for whose importance has been growing in the design and maintenance of structures and equipment in many industries, especially in the aviation and oil & gas. However, to employ this technique, it’s frequently necessary to use numerical methods The Boundary Element Method is a desirable choice to planar defect modeling due to its reduced dimensionality characteristics. In this way, the pre-processing phase is very simplified if compared to the finite element method, for example. There are not many easy handling tools that encompasses all steps to a numerical simulation by BEM, especially for cracks which topology is generally not accepted by conventional solid modelers. Because of that, this work developed a software capable of modeling cracked solid bodies and to perform mesh generation on its surfaces in order to analyze it by the BEM in a future expansion. The computer program under development has and will have minimum external dependency. The combination of solid modeling techniques, fracture mechanics and boundary element method allowed the development of a simple computational tool, but that poses considerably flexibility, therefore able to be utilized in the engineering practice.
Structural integrity can be seriously compromised by the presence of crack-like flaws, therefore, there should be ways to detect, measure and assess the severity of such damages. The latter is frequently addressed by fracture mechanics for whose importance has been growing in the design and maintenance of structures and equipment in many industries, especially in the aviation and oil & gas. However, to employ this technique, it’s frequently necessary to use numerical methods The Boundary Element Method is a desirable choice to planar defect modeling due to its reduced dimensionality characteristics. In this way, the pre-processing phase is very simplified if compared to the finite element method, for example. There are not many easy handling tools that encompasses all steps to a numerical simulation by BEM, especially for cracks which topology is generally not accepted by conventional solid modelers. Because of that, this work developed a software capable of modeling cracked solid bodies and to perform mesh generation on its surfaces in order to analyze it by the BEM in a future expansion. The computer program under development has and will have minimum external dependency. The combination of solid modeling techniques, fracture mechanics and boundary element method allowed the development of a simple computational tool, but that poses considerably flexibility, therefore able to be utilized in the engineering practice.
Descrição
Palavras-chave
Métodos de elementos de contorno, Modelagem computacional de sólidos, Mecânica da fratura, Geração de malhas numéricas (análise numérica), Computational solid modeling, Mesh generation, Boundary element method, Fracture mechanics