Finite Element Discretization of the Thermo-Diffusive-Mechanical Problem with Large Deformations

Abstract

En algunos problemas relevantes de la ingeniería, el campo mecánico está fuertemente acoplado con el de temperatura y el de transporte de masa. La solución de estos problemas es compleja sobre todo cuando las deformaciones son grandes. Por ello, a menudo se acude a aproximaciones numéricas que pueden encontrar todos los campos involucrados en el problema acoplado, sus efectos y sus interacciones. En este artículo se describe una discretización por el método de los elementos finitos del problema acoplado de difusión, temperatura y deformación incluyendo el rango no lineal de deformaciones. La formulación tiene en cuenta todos los acoplamientos posibles entre los tres campos de estudio y se proporcionan todos los detalles necesarios para su completa implementación llenando un hueco de la literatura de estos métodos. Asimismo, el artículo describe la fundamentación termodinámica de los problemas acoplados termo-difusivo-mecánicos, insistiendo en la derivación de las ecuaciones de balance y restricciones que siguen de la segunda ley de la termodinámica. Los resultados del artículo serán de interés para investigadores que necesiten implementar las ecuaciones de problemas acoplados en códigos de elementos finitos y, en particular, para aplicaciones en el modelado de baterías, del comportamiento de metales bajo los efectos del hidrógeno, de geles, etc.

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