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• Formulaciones tangentes y secantes en análisis no lineal de vigas Cosserat

  A. Morán, E. Oñate, J. Miquel

  Monograph CIMNE (2007). M103

  
  

  Abstract

  En este trabajo se han dedicado cinco capítulos a la exposición y discretización de un modelo clásico no lineal de viga Cosserat por medio del método de elementos finitos, utilizando las formulaciones Tangente y Secante.

  Abstract
  En este trabajo se han dedicado cinco capítulos a la exposición y discretización de un modelo clásico no lineal de viga Cosserat por medio del [...]

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• Análisis estructural de edificios históricos mediante modelos localizados de fisuración

  R. Clemente, M. Cervera, P. Roca

  Monograph CIMNE (2007). M102

  
  

  Abstract

  En este trabajo se plantea un objetivo principal: formular un modelo numérico capaz de estudiar el comportamiento estructural de edificios históricos de obra de fábrica. Para ello se estudian en primer lugar las características de este material, así como las particularidades que presentan las construcciones antiguas. Como referencia se toma la Catedral de Mallorca, de la que se dispone de información proveniente de una campaña de monitorización llevada a cabo recientemente, así como de diversos análisis estructurales elaborados por diferentes autores.  

  Abstract
  En este trabajo se plantea un objetivo principal: formular un modelo numérico capaz de estudiar el comportamiento estructural de edificios históricos de obra [...]

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• Un modelo del fallo material en el hormigón armado, mediante la metodologia de discontinuidades fuertes de continuo y la teoría de mezclas

  D. Linero, J. Oliver, A. Huespe

  Monograph CIMNE (2007). M101

  
  

  Abstract

  Esta monografía presenta una reformulación de la metodología de discontinuidades fuertes de continuo para la simulación numérica del fallo material de estructuras. Los objetivos buscados han sido mejorar la robustez de este tipo de análisis numérico y proporcionar una serie de herramientas que garanticen la confiabilidad de los resultados obtenidos. La metodología de discontinuidades fuertes de continuo [50]-[51] es una aproximación numérica al fenómeno de la localización de deformaciones por ablandamiento. Al contrario de las aproximaciones discretas, utiliza un formato continuo tensión-deformación para describir todo el proceso de agotamiento del material. Gracias a una regularización (reinterpretación) de la cinemática del problema y del módulo de ablandamiento se garantiza que la disipación del modelo venga dada por la densidad superficial de energía de fractura [52]. Adicionalmente, la utilización de un algoritmo tipo térmico de captura y gestión de las superficies de localización de deformaciones permite abordar el análisis de problemas con multifisuración [57]. La mejora en la robustez del análisis numérico se ha conseguido adoptando la formulación simétrica cinemáticamente consistente y formulando un nuevo esquema de integración, denominado IMPL-EX, que garantiza la definición positiva de los operadores algorítmicos que intervienen en el problema. La confiabilidad en el resultado numérico se asegura mediante un algoritmo de control del error cometido y mediante un nuevo esquema de limitación de la longitud de arco. Estos dos algoritmos han sido desarrollados específicamente para el esquema de integraciónn IMPL-EX. La formulación así definida ha sido aplicada en el estudio de dos fenómenos propios de la mecánica de la fractura: el estudio de la influencia del tamaño de una estructura en su resistencia nominal (efecto tamaño) y el estudio/medición de la longitud de procesamiento de fractura. Por último se presentan una serie de ensayos numéricos del fallo material en estructuras tridimensionales. Estos ensayos se dividen en tres grupos: ensayos donde el modo de fallo predominante es en modo I, ensayos donde el modo de fallo predominante es de deslizamiento (análisis de taludes) y ensayos donde el modo de fallo moviliza mecanismos resistentes tridimensionales (análisis del efecto arco en presas con simple y doble curvatura).

  Abstract
  Esta monografía presenta una reformulación de la metodología de discontinuidades fuertes de continuo para la simulación numérica del fallo [...]

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• Modelización numérica de la no-linealidad constitutiva de laminados compuestos

  F. Rastellini, S. Oller, E. Oñate

  Monograph CIMNE (2007). M100

  
  

  Abstract

  La respuesta mecánica de los materiales compuestos depende del comportamiento de los materiales componentes y de su micro‐estructura. Para mejorar y optimizar el diseño de piezas estructurales de materiales compuestos, la industria requiere herramientas informáticas que reproduzcan de manera apropiada el comportamiento de estos materiales incluso en el rango no lineal. Por tanto, es muy importante la investigación y desarrollo de modelos numéricos para compuestos  que tengan en cuenta la morfología o estructura del material de forma adecuada y eficiente, además de ser necesario contar con un entorno gráfico específico para este tipo de problemas que facilite la entrada de datos al código de cálculo y posteriormente permita visualizar los resultados deseados. El objetivo principal del presente trabajo es el desarrollo, formulación e implementación computacional, de un modelo numérico para el tratamiento de la no linealidad constitutiva de laminados reforzados con fibras, en el contexto de la mecánica de los medios continuos. Esta formulación plantea combinar (o componer) los comportamientos de materiales simples (homogéneos) con el objetivo de obtener la respuesta mecánica del material compuesto (heterogéneo). Para ello, propone una gestión adecuada de los modelos constitutivos (homogéneos), actualmente disponibles, de cada uno de los materiales componentes; aprovechándose de esta manera el gran desarrollo conseguido en el campo de la modelización constitutiva de materiales simples, y permitiendo la transferencia de toda esta tecnología al campo de los materiales compuestos. Teniendo en cuenta la estructura interna del material compuesto, se desarrolla una estrategia de desacoplamiento e interacción de estas fases; de una manera novedosa. Esta metodología, denominada “composición de comportamientos”, permite tener en cuenta muchos fenómenos locales de degradación que tienen lugar en las fases componentes, tales como plasticidad, daño, fatiga, envejecimiento, fluencia, etc., de una manera acoplada, lo cual también es novedoso en este tipo de enfoque. Las aplicaciones del presente trabajo se centran en los tres primeros fenómenos mencionados, dado que su combinación permite simular el comportamiento de una extensa variedad de materiales compuestos empleados en la industria. Se desarrolla el algoritmo de resolución del modelo propuesto que permite conseguir convergencia cuadrática, tanto local como global, de los problemas no‐ lineales al ser implementado como modelo constitutivo en un código de elementos finitos, proveyendo rapidez y precisión al análisis de estructuras de materiales compuestos en muchas aplicaciones industriales. La simulación del laminado se logra mediante la combinación del modelo propuesto con una teoría de laminado aplicada en cada punto de integración. Se emplean elementos 3D sólidos isoparamétricos para discretizar estructuras laminadas gruesas; mientras que para estudiar estructuras laminares de pequeño espesor, se desarrolla un elemento de lámina laminado en capas de material compuesto, sobre la base de un elemento de lámina más simple (Discrete Kirchoff Triangle). La validación del modelo muestra el cumplimiento de las ecuaciones de cierre (equilibrio de tensiones y compatibilidad de deformaciones entre componentes), tanto en la dirección de las fibras (comportamiento en paralelo) como en direcciones ortogonales (comportamiento en serie). Además, se ilustran diversas envolventes de fallo para lámina/laminados generadas con el modelo propuesto y se las compara con otros criterios de fallo global para compuestos y resultados experimentales disponibles en la literatura. La aplicabilidad del modelo se demuestra mediante simulaciones numéricas realizadas sobre geometrías de mayor complejidad para modelar la respuesta mecánica de piezas industriales. Los resultados numéricos contrastados con los experimentales indican la capacidad del modelo propuesto para describir el comportamiento no‐lineal de laminados reforzados con fibras en diferentes orientaciones sometidos a estados de carga multiaxial tanto estática como cíclica.

  Abstract
  La respuesta mecánica de los materiales compuestos depende del comportamiento de los materiales componentes y de su micro‐estructura. Para mejorar y optimizar [...]

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• Implementación de algoritmos numéricos en una tarjeta gráfica

  M. Pasenau, A. Fernández

  Monograph CIMNE (2006). M99

  
  

  Abstract

  Se definirán los objetivos de la monografía que consistirá en valorar las herramientas existentes para usar estas tarjetas como coprocesador y desarrollar una librería para usarlas. Se establecerá un plan de desarrollo y el entorno de trabajo. Se contrastarán las herramientas existentes para programar estas tarjetas gráficas desde un punto de vista de un profano en el ámbito de gráficos, su facilidad de uso y se definirán las líneas maestras de la librería y la implementaremos. Finalmente se analizán los resultados obtenidos y sev enumerarán futuras líneas de trabajo.  

  Abstract
  Se definirán los objetivos de la monografía que consistirá en valorar las herramientas existentes para usar estas tarjetas como coprocesador y desarrollar [...]

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• Pulse fracture simulation in shale rock reservoirs. DEM and FEM-DEM approaches

  J. Gonzalez, F. Zarate, E. Oñate

  Comp. Part. Mech (2018). (prepint) Vol. 5 (3), pp. 355-373

  
  

  Abstract

  In this paper we analyze the capabilities of two numerical techniques based on DEM and FEM-DEM approaches for the simulation of fracture in shale rock caused by a pulse of pressure. We have studied the evolution of fracture in several fracture scenarios related to the initial stress state in the soil or the pressure pulse peak. Fracture length and type of failure have been taken as reference for validating the models. The results obtained show a good approximation to FEM results from the literature.

  Abstract
  In this paper we analyze the capabilities of two numerical techniques based on DEM and FEM-DEM approaches for the simulation of fracture in shale rock caused by a pulse of [...]

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• On the application of Particle Finite Element Method (PFEM) to problems in civil engineering

  A. LARESE

  Monograph CIMNE (2006). M98

  
  

  Abstract

  Current chapter tries to give an overview of theoretic background necessary to deal with fluid dynamic problems with Finite Element Method (PFEM) approach. Starting form a brief summary of the principle steps of the development of the theory, we analyze the differences between the classical  world of fluids, finding out finally the principle equations that control these problems.

  Abstract
  Current chapter tries to give an overview of theoretic background necessary to deal with fluid dynamic problems with Finite Element Method (PFEM) approach. Starting form a [...]

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• Modelación del flujo en lámina libre sobre cauces naturales. Análisis integrado en una y dos dimensiones

  E. Bladé, M. Valentín

  Monograph CIMNE (2006). M97

  
  

  Abstract

  En esta monografía se presenta un trabajo de desarrollo de herramientas de modelación numérica realizado dentro del grupo de investigación FLUMEN, en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona, destacando la integración de esquemas numéricos en una y dos dimensiones. El objetivo principal es la puesta a punto de una herramienta para la modelación matemática del flujo de agua en lámina libre, en régimen variable, con geometrías irregulares como son los cauces naturales (programa CARPA).

  Abstract
  En esta monografía se presenta un trabajo de desarrollo de herramientas de modelación numérica realizado dentro del grupo de investigación FLUMEN, [...]

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• Stabilized pressure segregation methods and their application to fluid-stucture interaction problems

  S. Badia, R. Codina

  Monograph CIMNE (2006). M96

  
  

  Abstract

  In this work we design and analyze pressure segregation methods in order to approximate the Navier-Stokes equations. Pressure correction methods are widely used because they allow the decoupling of velocity and pressure computation, decreasing the computational cost. We have analyzed some of these schemes, obtaining inherent pressure stability. However, for second order accurate methods (in time) this inherent stability is too weak, requiring the introduction of a stabilized finite element methodology for the space dis- cretization. Moreover, we have carried out a complete convergence analysis of a first order pressure segregation method. We have used a stabilization technique justified from a multiscale approach that allows the use of equal velocity-pressure interpolation spaces and convection dominated °ows. A new kind of methods has been motivated from an alternative version of the mono- lithic fluid solver where the continuity equation is replaced by a discrete pressure Poisson equation. These methods belong to the family of velocity correction schemes, where it is the velocity instead of the pressure the extrapolated unknown. Some stability bounds have been proved, revealing that their inherent pressure stability is too weak. Further, predictor corrector schemes easily arise from the new monolithic system. Numerical ex- perimentation shows the good behavior of these methods. We have introduced the ALE framework in order for the fluid governing equations to be formulated on moving domains. Taking as the model equation the convection-di®usion equation, we have analyzed the blend of the ALE framework and a stabilized finite element method. We suggest a coupling procedure for the fluid-structure problem taking benefit from the ingredients previously introduced: pressure segregation methods, a stabilized finite element formulation and the ALE framework. The final algorithm, using one loop, tends to the monolithic (fluid-structure) system. This method has been applied to the simulation of bridge aerodynamics, obtaining a good convergence behavior. We end with the simulation of wind turbines. The fact that we have a rotary body surrounded by the fluid (air) has motivated the introduction of a remeshing strategy. We consider a selective remeshing procedure that only affects a tiny portion of the domain, with little impact on the overall CPU time.

  Abstract
  In this work we design and analyze pressure segregation methods in order to approximate the Navier-Stokes equations. Pressure correction methods are widely used because they allow [...]

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• Incompressible lagrangian fluid flow with thermal coupling

  R. Aubry, S. Idelsohn, E. Oñate

  Monograph CIMNE (2006). M95

  
  

  Abstract

  A method is presented for the solution of an incompressible viscous fluid flow with heat transfer and solidification using a fully Lagrangian description of the motion. The originality of this method consists in assembling various concepts and techniques which appear naturally due to the Lagrangian formulation. First of all, the Navier-Stokes equations of motion coupled with the Boussinesq approximation must be reformulated in the Lagrangian framework, whereas they have been mostly derived in an Eulerian context. Secondly, the Lagrangian formulation implies to follow the material particles during their motion, which means to convect the mesh in the case of the Finite Element Method (FEM), the spatial discretisation method chosen in this work. This provokes various difficulties for the mesh generation, mainly in three dimensions, whereas it eliminates the classical numerical difficulty to deal with the convective term, as much in the Navier-Stokes equations as in the energy equation. Even without the discretization of the convective term, an efficient iterative solver, which constitutes the only viable alternative for three dimensional problems, must be designed for the class of Generalized Stokes Problems (GSP), which could be able to behave well independently of the mesh Reynolds number, as it can vary greatly for coupled fluid-thermal analysis. Moreover, it offers a natural framework to treat free-surface problems like wave breaking and rough fluid-structure contact. On one hand, the convection of the mesh during one time step after the resolution of the non-linear system provides explicitly the locus of the domain to be considered. On the other hand, fluid-to-fluid and fluid-to-wall contact, as well as the update of the domain due to the remeshing, must be accurately and efficiently performed. Finally, the solidification of the fluid coupled with its motion through a variable viscosity is considered An efficient overall algorithm must be designed to bring the method effective, particularly in a three dimensional context, which is the ambition of this monograph. Various numerical examples are included to validate and highlight the potential of the method.

  Abstract
  A method is presented for the solution of an incompressible viscous fluid flow with heat transfer and solidification using a fully Lagrangian description of the motion. [...]

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