Tesis doctoral de Josep María Carbonell Puigbo
En este trabajo se presenta una nueva aplicación del particle finite element method (pfem) para la simulación de procesos de excavación y de desgaste. la forma habitual de describir el movimiento en mecánica de sólidos es mediante la descripción lagrangeana del movimiento del medio continuo. Los métodos de partículas tienen estas características basadas en la mecánica de sólidos que les permite tratar grandes deformaciones de los materiales y rápidos cambios en los contornos. estas capacidades son muy adecuadas para modelar movimientos de fluidos y superficies libres. Por esta razón la mayor investigación y aplicaciones de pfem se encuentran en el contexto de la dinámica fluidos computacional (cfd) en lugar de la mecánica de sólidos. Los resultados satisfactorios en la modelación de fluidos han motivado el uso del método en la dinámica de la mecánica de sólidos. los procesos de excavación son problemas complejos. Su descripción física da lugar a problemas dinámicos no-lineales con múltiples factores que influyen en la no linealidad. Entre ellos, los grandes desplazamientos que se producen, la no-linealidad de los geomateriales y el contacto entre sólidos.Al problema se le añade la particularidad que el material es excavado y tiene que ser extraído del modelo. el pfem se fundamenta en la teoría de elementos finitos no lineal. Utiliza una formulación lagrangeana actualizada integrada dentro de un esquema implícito de solución. Los cuerpos del dominio se identifican con una estrategia de remallado. Mediante la teselación de delaunay y el concepto de alpha-shapes se definen los contornos de los cuerpos a partir de una nube de partículas. Al mismo tiempo se usa el remallado para crear una malla de interfase que identifica el contacto y permite modelarlo. Se ha desarrollado una ley constitutiva particular para capturar las fuerzas normales y tangenciales producidas. la excavación y degradación del material se modela mediante una ley de tipo archard. Ello nos permite cuantificar la erosión y el desgaste del suelo según su excavabilidad. El comportamiento de los geomateriales se describe mediante modelos de daño que modelan la fractura en el continuo. Los procesos de actualización y almacenamiento de las variables en las partículas tienen esquemas especiales para su correcto tratamiento. El proceso de remallado es adaptado para poder simular la pérdida de material producido por la excavación. el pfem se presenta como una buena herramienta para tratar problemas de excavación en suelos y rocas. Así mismo es muy adecuado par simular los procesos que derivan de esos problemas. Tiene una versatilidad muy alta y un coste computacional moderado. Los resultados obtenidos son realmente prometedores.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modeling of ground excavation with the particle finite element method«
- Título de la tesis: Modeling of ground excavation with the particle finite element method
- Autor: Josep María Carbonell Puigbo
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 17/12/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Eugenio Oñate Ibáñez De Navarra
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Francisco javier Oliver olivella
- sergio horacio Oller martínez (vocal)
- ramon omar Salomón rotlisbeger (vocal)
- bernhard Schrefler (vocal)