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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2008.tde-05022009-100510
Document
Author
Full name
Jesús Antonio García Sánchez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Aguiar, Adair Roberto (President)
Laier, José Elias
Libardi, Walter
Title in Portuguese
Estudo do fenômeno da auto-intersecção em um anel anisotrópico
Keywords in Portuguese
Anisotropia
Auto-intersecção
Injetividade
Método das penalidades
Minimização com restrição
Abstract in Portuguese
Estuda-se numericamente uma placa circular homogênea com furo centrado sob estado plano de deformação. A placa está fixa ao longo do contorno interno e está sob compressão radial uniforme ao longo do contorno externo. O material da placa é elástico-linear e anisotrópico. Apresenta-se a solução analítica do problema, a qual satisfaz as equações governantes de equilíbrio, no contexto da elasticidade linear clássica. Esta solução prediz o comportamento espúrio da auto-intersecção em uma região central da placa. Para evitar este comportamento, utiliza-se uma teoria que propõe encontrar um campo de deslocamento que minimize a energia potencial total do corpo sujeito à restrição de injetividade local para o campo da deformação correspondente. Esta teoria, juntamente com o método das penalidades interiores, permite encontrar uma solução numérica que preserva a injetividade. Esta solução corresponde a um campo de deslocamento radialmente simétrico. Estuda-se a possibilidade de encontrar uma solução rotacionalmente simétrica do problema restrito, em que o campo de deslocamento possua as componentes radial e tangencial, ambas funções somente do raio. Os resultados desta última modelagem mostram que a componente tangencial é nula, indicando que o campo de deslocamento é, de fato, radialmente simétrico. Mostra-se também que a solução do problema do anel converge para a solução do problema de um disco sem furo à medida que o raio do furo tende a zero.
Title in English
Study of the self-intersection anomaly in an anisotropic ring
Keywords in English
Anisotropy
Constrained minimization
Injectivity
Penalty method
Self-intersection
Abstract in English
This work concerns a numerical study of a homogeneous circular plate with a centered hole that is under a state of plane strain. The plate is fixed at its inner surface and is under uniform radial compression at its outer surface. The plate is linear, elastic, and anisotropic. An analytical solution for this problem, which satisfies the governing equations of equilibrium, is presented in the context of classical linear elasticity. This solution predicts the spurious behavior of self-intersection in a central region of the plate. To avoid this behavior, a constrained minimization theory is used. This theory concerns the search for a displacement field that minimizes the total potential energy of the body, which is a quadratic functional from the classical linear theory, subjected to the constraint of local injectivity for the associated deformation field. This theory together with an interior penalty method and a standard finite element methodology yield a numerical solution, which is radially symmetric, that preserves injectivity. Here, it is investigated the possibility of finding a rotationally symmetric solution to the constrained problem; one for which the associated displacement field has radial and tangential components, which are both functions of the radius only. The numerical results show, however, that the tangential component is zero. It is also shown that, as the radius of the hole tends to zero, the corresponding sequence of solutions tends to the solution of a solid disk.
 
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Publishing Date
2009-02-18
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • AGUIAR, A. R., FOSDICK, R. L., and SÁNCHEZ, Jesus Antonio García. A Study of Penalty Formulations Used in the Numerical Approximation of a Radially Symmetric Elasticity Problem [doi:10.2140/jomms.2008.3.1403]. Journal of Mechanics of Materials and Structures [online], 2008, vol. 3, p. 1403-1427.
  • AGUIAR, A. R., FOSDICK, R. L., e SÁNCHEZ, Jesus Antonio García. Recent Advances on the Theoretical and Numerical Investigations of the Constrained Aeolotropic Pipe Problem. In XXIX CILAMCE - Congresso Ibero Latino Americano de Métodos Computacionais em Engenharia, Maceió, AL, 2008. Anais do XXIX CILAMCE - Congresso Ibero Latino Americano de Métodos Computacionais em Engenharia., 2008. Dispon?vel em: http://www.acquacon.com.br/cilamce2008/.
  • AGUIAR, A. R., e SÁNCHEZ, Jesus Antonio García. Investigação da Convergência de Soluções Aproximadas de Problemas Singulares em Elasticidade Anisotrópica. In 13º Simpósio Internacional de Iniciação Científica da Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, 2005. São Carlos, 2005. Resumo. Dispon?vel em: http://www.usp.br/siicusp/13osiicusp/aprovados/index01.htm.
  • AGUIAR, A. R., FOSDICK, R. L., and SÁNCHEZ, Jesus Antonio García. Self-Intersection in an Anisotropic Solid in the Absence of Singularity - Part II: Computational Results. In Tenth Pan American Congress of Applied Mechanics - PACAM X, Cancún, 2008. Proceedings of PACAM X., 2008.
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