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GENERALIZED FINITE ELEMENT METHOD FOR NONLINEAR THREE-DIMENSIONAL ANALYSIS OF SOLIDS

PROENCA, Sergio Persival Baroncini; TORRES, Ivan Francisco Ruiz
Fonte: WORLD SCIENTIFIC PUBL CO PTE LTD Publicador: WORLD SCIENTIFIC PUBL CO PTE LTD
Tipo: Artigo de Revista Científica
Português
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1324.992%
The Generalized Finite Element Method (GFEM) is employed in this paper for the numerical analysis of three-dimensional solids tinder nonlinear behavior. A brief summary of the GFEM as well as a description of the formulation of the hexahedral element based oil the proposed enrichment strategy are initially presented. Next, in order to introduce the nonlinear analysis of solids, two constitutive models are briefly reviewed: Lemaitre`s model, in which damage and plasticity are coupled, and Mazars`s damage model suitable for concrete tinder increased loading. Both models are employed in the framework of a nonlocal approach to ensure solution objectivity. In the numerical analyses carried out, a selective enrichment of approximation at regions of concern in the domain (mainly those with high strain and damage gradients) is exploited. Such a possibility makes the three-dimensional analysis less expensive and practicable since re-meshing resources, characteristic of h-adaptivity, can be minimized. Moreover, a combination of three-dimensional analysis and the selective enrichment presents a valuable good tool for a better description of both damage and plastic strain scatterings.; CAPES

A generalized finite element method with global-local enrichment functions for confined plasticity problems

Kim, D. -J.; Duarte, C. A.; Proenca, Sergio Persival Baroncini
Fonte: SPRINGER; NEW YORK Publicador: SPRINGER; NEW YORK
Tipo: Artigo de Revista Científica
Português
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922.3598%
The main feature of partition of unity methods such as the generalized or extended finite element method is their ability of utilizing a priori knowledge about the solution of a problem in the form of enrichment functions. However, analytical derivation of enrichment functions with good approximation properties is mostly limited to two-dimensional linear problems. This paper presents a procedure to numerically generate proper enrichment functions for three-dimensional problems with confined plasticity where plastic evolution is gradual. This procedure involves the solution of boundary value problems around local regions exhibiting nonlinear behavior and the enrichment of the global solution space with the local solutions through the partition of unity method framework. This approach can produce accurate nonlinear solutions with a reduced computational cost compared to standard finite element methods since computationally intensive nonlinear iterations can be performed on coarse global meshes after the creation of enrichment functions properly describing localized nonlinear behavior. Several three-dimensional nonlinear problems based on the rate-independent J (2) plasticity theory with isotropic hardening are solved using the proposed procedure to demonstrate its robustness...

GENERALIZED FINITE ELEMENT METHOD ON NONCONVENTIONAL HYBRID-MIXED FORMULATION

Gois, Wesley; Proenca, Sergio Persival Baroncini
Fonte: WORLD SCIENTIFIC PUBL CO PTE LTD; SINGAPORE Publicador: WORLD SCIENTIFIC PUBL CO PTE LTD; SINGAPORE
Tipo: Artigo de Revista Científica
Português
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1326.4223%
The generalized finite element method (GFEM) is applied to a nonconventional hybrid-mixed stress formulation (HMSF) for plane analysis. In the HMSF, three approximation fields are involved: stresses and displacements in the domain and displacement fields on the static boundary. The GFEM-HMSF shape functions are then generated by the product of a partition of unity associated to each field and the polynomials enrichment functions. In principle, the enrichment can be conducted independently over each of the HMSF approximation fields. However, stability and convergence features of the resulting numerical method can be affected mainly by spurious modes generated when enrichment is arbitrarily applied to the displacement fields. With the aim to efficiently explore the enrichment possibilities, an extension to GFEM-HMSF of the conventional Zienkiewicz-Patch-Test is proposed as a necessary condition to ensure numerical stability. Finally, once the extended Patch-Test is satisfied, some numerical analyses focusing on the selective enrichment over distorted meshes formed by bilinear quadrilateral finite elements are presented, thus showing the performance of the GFEM-HMSF combination.; CAPES; CAPES

Métodos sem malha e método dos elementos finitos generalizados em análise não-linear de estruturas ; Meshless Methods and Generalized Finite Element Method in Structural Nonlinear Analysis

Barros, Felício Bruzzi
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 27/03/2002 Português
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1234.6231%
O Método dos Elementos Finitos Generalizados, MEFG, compartilha importantes características dos métodos sem malha. As funções de aproximação do MEFG, atreladas aos pontos nodais, são enriquecidas de modo análogo ao refinamento p realizado no Método das Nuvens hp. Por outro lado, por empregar uma malha de elementos para construir as funções partição da unidade, ele também pode ser entendido como uma forma não convencional do Método dos Elementos Finitos. Neste trabalho, ambas as interpretações são consideradas. Os métodos sem malha, particularmente o Método de Galerkin Livre de Elementos e o Método das Nuvens hp, são introduzidos com o propósito de estabelecer os conceitos fundamentais para a descrição do MEFG. Na seqüência, apresentam-se aplicações numéricas em análise linear e evidenciam-se características que tornam o MEFG interessante para a simulação da propagação de descontinuidades. Após discutir os modelos de dano adotados para representar o comportamento não-linear do material, são introduzidos exemplos de aplicação, inicialmente do Método das Nuvens hp e depois do MEFG, na análise de estruturas de concreto. Os resultados obtidos servem de argumento para a implementação de um procedimento p-adaptativo...

Desenvolvimento e aplicação do método dos elementos finitos generalizados em análise tridimensional não-linear de sólidos ; Development and employment of generalized finite element method in three-dimensional nonlinear analysis of solids

Torres, Ivan Francisco Ruiz
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 26/09/2003 Português
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1233.5899%
Este trabalho apresenta uma contribuição ao emprego do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) na análise tridimensional não-linear de sólidos. A análise numérica em campo não-linear, com modelos de dano e plasticidade, é original. O MEFG é uma formulação não-convencional do Método dos Elementos Finitos (MEF), que resulta da incorporação a este último de conceitos e técnicas dos denominados métodos sem malha, especialmente o enriquecimento da aproximação inicial (partição de unidade) por funções convenientes. Apresenta-se uma breve revisão bibliográfica dos métodos sem malha e do método dos elementos finitos generalizados, bem como suas principais características. Apresenta-se, com base no MEFG, a formulação de elementos tetraédricos e hexaédricos. Três modelos constitutivos são considerados visando análises não-lineares: o de plasticidade (perfeita ou com encruamento isótropo linear) com critério de plastificação de von Mises; o de dano frágil em concreto sob carregamento monótono crescente (modelo de Mazars) e o de dano e plasticidade acoplados (modelo de Lemaitre), próprio para materiais metálicos. São apresentados detalhes do código computacional, baseado no MEFG e nos modelos constitutivos acima mencionados...

Método dos elementos finitos generalizados em formulação variacional mista ; Generelized finite element method in mixed variational formulation

Góis, Wesley
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 03/05/2004 Português
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1234.6346%
Este trabalho trata da combinação entre a formulação híbrida-mista de tensão (FHMT) (Freitas et al. (1996)), para a elasticidade plana, com o método dos elementos finitos generalizados (MEFG), Duarte et al. (2000). O MEFG se caracteriza como uma forma não-convencional do método dos elementos finitos (MEF) que resulta da incorporação a este de conceitos e técnicas dos métodos sem malha, como o enriquecimento nodal proposto do método das nuvens “hp”. Como na FHMT são aproximados dois campos no domínio (tensão e deslocamento) e um no contorno (deslocamento), diferentes possibilidades de enriquecimento nodal são exploradas. Para a discretização do modelo híbrido-misto empregam-se elementos finitos quadrilaterais com funções de forma bilineares para o domínio e elementos lineares para o contorno. Essas funções são enriquecidas por funções polinomiais, trigonométricas, polinômios que proporcionam distribuição de tensões auto-equilibradas ou mesmo funções especiais relacionadas às soluções dos problemas de fratura. Uma extensão do teste numérico abordado em Zienkiewicz et al. (1986) é proposta como investigação inicial das condições necessárias para garantia de estabilidade da resposta numérica. O estudo da estabilidade é completado com a análise da condição de Babuška-Brezzi (inf-sup). Esta condição é aplicada nos elementos finitos quadrilaterais híbridos-mistos enriquecidos por meio de um teste numérico...

Método dos elementos finitos generalizados para análise de estruturas em cascas de revolução; Generalized finite element method to analysis of structures in revolution shell

Mangini, Marlos
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 08/12/2006 Português
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1334.4247%
O presente trabalho está inserido no campo de estudo das cascas axissimétricas, tendo como objetivo a análise de seu comportamento estrutural mediante o desenvolvimento e aplicação de uma ferramenta numérica baseada no método dos elementos finitos generalizados. A utilização desse recurso é uma alternativa eficaz e difere do método dos elementos finitos convencional pela possibilidade de enriquecimento nodal das funções de aproximação. Como resultado pode-se dispensar o uso de redes muito refinadas. Com o intuito de evidenciar as vantagens do método adotado são apresentados exemplos comparando-se as soluções numéricas obtidas com soluções analíticas ou numéricas geradas com o do método dos elementos finitos convencional. Os resultados obtidos com um pequeno número de elementos finitos e com enriquecimento por funções polinomiais, mostraram-se convergentes já nos primeiros graus de enriquecimento. Desenvolve-se uma análise complementar de convergência baseada em estimativa de erro, mostrando que a metodologia adotada pode proporcionar melhores taxas de convergência em relação ao refino h quando predomina a regularidade da solução. A mesma análise aponta que a combinação dos refinos h e p pode levar a resultados mais precisos...

Método da partição na análise de múltiplas fissuras; Splitting method in the analysis of multi-site cracks

Alves, Michell Macedo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 03/09/2010 Português
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1023.7622%
Neste trabalho apresenta-se a formulação do problema de múltiplas fissuras baseada numa abordagem de superposição utilizada pelo Método da Partição (Splitting Method). Um dos objetivos principais deste trabalho refere-se à aferição da capacidade deste método na obtenção de fatores de intensidade de tensão, tendo em vista o seu desenvolvimento recente e a ausência de outras fontes de pesquisa além daquelas oriundas dos seus próprios autores. Segundo a abordagem do Método da Partição, os fatores de intensidade de tensão finais de uma estrutura podem ser encontrados a partir da sobreposição de três subproblemas. Deste modo, o problema é resolvido mediante imposição de que nas faces das fissuras as tensões que resultam da sobreposição sejam nulas. Sendo assim, apresenta-se a formulação do Método da Partição para uma ou mais fissuras e diversas análises numéricas que contemplam interação entre fissuras submetidas aos modos I e II de abertura. Outra etapa do trabalho refere-se à aplicação do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) num dos subproblemas, dito local, ao invés do emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF), que em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da malha...

Emprego de formulações não-convencionais de elementos finitos na análise linear bidimensional de sólidos com múltiplas fissuras; Use of non-conventional formulations of finite element method in the analysis of linear two-dimensional solids with multiple cracks

Argôlo, Higor Sérgio Dantas de
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 24/09/2010 Português
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1032.6841%
O trabalho trata da utilização de formulações não-convencionais de elementos finitos na obtenção de fatores de intensidade de tensão associados a múltiplas fissuras distribuídas num domínio bidimensional. A formulação do problema de múltiplas fissuras baseia-se numa abordagem de sobreposição proposta pelo Método da Partição ("Splitting Method"). Segundo essa abordagem a solução do problema pode ser encontrada a partir da sobreposição de três subproblemas combinados de tal forma que o fluxo de tensão resultante nas faces das fissuras seja nulo. O uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da rede nesse tipo de problema, aumentando o custo computacional da análise. Objetivando reduzir este custo, empregam-se duas formulações não-convencionais, de forma independente, num dos subproblemas, dito local: a formulação híbrido-Trefftz de tensão e o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). Na formulação híbrido-Trefftz é adotado o recurso do enriquecimento seletivo mediante o refrno- p na aproximação dos campos de deslocamento no contorno do elemento. Já com relação ao MEFG, empregam-se funções polinomiais e a solução analítica da mecânica da fratura como funções enriquecedoras. Exemplos de simulação numérica são apresentados no sentido de comprovar que a utilização dessas formulações não-convencionais juntamente com o Método da Partição viabiliza a obtenção de resultados com boa aproximação com recurso a redes pouco refinadas...

Sobre o acoplamento fluido-casca utilizando o método dos elementos finitos; On fluid-shell coupling using the finite element method

Sanches, Rodolfo André Kuche
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 30/03/2011 Português
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1016.09875%
Este trabalho consiste no desenvolvimento de ferramentas computacionais para análise não linear geométrica de interação fluido-casca utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O algoritmo para dinâmica dos fluidos é explícito e a integração temporal é baseada em linhas características. O código computacional é capaz de simular as equações de Navier-Stokes para escoamentos compressíveis tanto na descrição Euleriana como na descrição Lagrangeana-Euleriana arbitrária (ALE), na qual é possível prescrever movimentos para a malha do fluido. A estrutura é modelada em descrição Lagrangeana total através de uma formulação de MEF para análise dinâmica não linear geométrica de cascas baseada no teorema da mínima energia potencial total escrito em função das posições nodais e vetores generalizados e não em deslocamentos e rotações. Essa característica evita o uso de aproximações de grandes rotações. Dois modelos de acoplamentos são desenvolvidos. O primeiro modelo, ideal para problemas onde a escala de deslocamentos não é muito grande comparada com as dimensões do domínio do fluido, é baseado na descrição ALE e o acoplamento entre as duas diferentes malhas é feito através do mapeamento das posições locais dos nós do contorno do fluido sobre os elementos de casca e vice-versa...

Estimador de erro a posteriori baseado em recuperação do gradiente para o método dos elementos finitos generalizados; A posteriori error estimator based on gradient recovery for the generalized finite element method

Lins, Rafael Marques
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 11/05/2011 Português
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1333.5898%
O trabalho aborda a questão das estimativas a posteriori dos erros de discretização e particularmente a recuperação dos gradientes de soluções numéricas obtidas com o método dos elementos finitos (MEF) e com o método dos elementos finitos generalizados (MEFG). Inicialmente, apresenta-se, em relação ao MEF, um resumido estado da arte e conceitos fundamentais sobre este tema. Em seguida, descrevem-se os estimadores propostos para o MEF denominados Estimador Z e "Superconvergent Patch Recovery" (SPR). No âmbito do MEF propõe-se de modo original a incorporação do "Singular Value Decomposition" (SVD) ao SPR aqui mencionada como SPR Modificado. Já no contexto do MEFG, apresenta-se um novo estimador do erro intitulado EPMEFG, estendendo-se para aquele método as idéias do SPR Modificado. No EPMEFG, a função polinomial local que permite recuperar os valores nodais dos gradientes da solução tem por suporte nuvens (conjunto de elementos finitos que dividem um nó comum) e resulta da aplicação de um critério de aproximação por mínimos quadrados em relação aos pontos de superconvergência. O número destes pontos é definido a partir de uma análise em cada elemento que compõe a nuvem, considerando-se o grau da aproximação local do campo de deslocamentos enriquecidos. Exemplos numéricos elaborados com elementos lineares triangulares e quadrilaterais são resolvidos com o Estimador Z...

Formulações híbridas e mistas para o método dos elementos finitos generalizados: aplicação à mecânica do dano; Hybrid and mixed formulations to the generalized finite element method: application to damage mechanics

Amorim, David Leonardo Nascimento de Figueiredo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 16/03/2012 Português
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1024.5288%
A formulação convencional do Método dos Elementos Finitos (MEF) baseada em aproximação do campo de deslocamentos apresenta limitações conhecidas como, por exemplo, em problemas que envolvam regiões com singularidade e problemas de elasticidade quase incompressível. Quando a utilização do MEF convencional inclui a análise de propagação de fissuras ou de dano evolutivo, faz-se recurso a mudança contínua da rede de elementos finitos, tornando as simulações onerosas em termos computacionais. Assim, justifica-se a procura por metodologias que combinem boa capacidade de aproximação com baixo custo computacional. Neste trabalho as formulações estudadas são dos tipos híbrido-mista e puramente mista, ambas combinadas com técnicas de enriquecimento das soluções proporcionadas pelo Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). A metodologia numérica resultante é aplicada às análises de sólidos em regime de ruptura modelados pela Mecânica do Dano. Vale ressaltar que a aproximação do campo de tensões, dada por estas formulações não convencionais, pode permitir melhor estimativa da danificação da estrutura, frente ao MEF convencional. Isto se dá porque os critérios de danificação empregados são quase sempre baseados na estimativa do campo de tensões atuantes. Nas análises numéricas...

Método dos elementos finitos com fronteiras imersas aplicado a problemas de dinâmica dos fluidos e interação fluido-estrutura.; The finite element method with immersed boundaries applied to fluid dynamics and fluid-structure interaction problems.

Gomes, Henrique Campelo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 20/03/2013 Português
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1016.32555%
Este trabalho pode ser dividido em três etapas principais. Inicialmente é proposta uma formulação estabilizada do método dos elementos finitos (MEF) para solução de problemas de escoamento incompressível governado pela equação de Navier-Stokes. Esta formulação foi implementada em um código computacional e testada através de diversos exemplos numéricos. Alguns elementos finitos com diferentes pares de função de interpolação da velocidade e pressão, consagrados na literatura, e também elementos finitos menos populares, foram investigados e seus resultados e performance comparados. A segunda etapa consiste na formulação do problema estrutural. Buscou-se por uma formulação dinâmica, não linear, capaz de simular movimentos complexos de estruturas sujeitas a grandes deslocamentos e grandes deformações durante longos intervalos de tempo. A etapa final deste trabalho é a proposição de um método para solução de problemas de Interação Fluido Estrutura (IFE) que utiliza o conceito de fronteiras imersas como alternativa a abordagens ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) clássicas. Elementos Finitos Generalizados, juntamente com Multiplicadores de Lagrange, são utilizados para prover descontinuidade nos campos de velocidade e pressão do fluido ao longo da interface com a estrutura. O acoplamento dos dois problemas é realizado utilizando um método implícito e alternado (staggered scheme)...

On the Generalized Finite Element Method in nonlinear solid mechanics analyses; Sobre o método dos Elementos Finitos Generalizados em análises da mecânica dos sólidos não-linear

Piedade Neto, Dorival
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 29/11/2013 Português
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1337.0681%
The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Partition of Unity (PU) concept and inspired on both the Partition of Unity Method (PUM) and the hp-Cloud method. According to the GFEM, the PU is provided by first-degree Lagragian interpolation functions, defined over a mesh of elements similar to the Finite Element Method (FEM) meshes. In fact, the GFEM can be considered an extension of the FEM to which enrichment functions can be applied in specific regions of the problem domain to improve the solution. This technique has been successfully employed to solve problems presenting discontinuities and singularities, like those that arise in Fracture Mechanics. However, most publications on the method are related to linear analyses. The present thesis is a contribution to the few studies of nonlinear analyses of Solid Mechanics by means of the GFEM. One of its main topics is the derivation of a segment-to-segment generalized contact element based on the mortar method. Material and kinematic nonlinear phenomena are also considered in the numerical models. An Object-Oriented design was developed for the implementation of a GFEM nonlinear analyses framework written in Python programming language. The results validated the formulation and demonstrate the gains and possible drawbacks observed for the GFEM nonlinear approach.; O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é um método numérico baseado no conceito de partição da unidade (PU) e inspirado no Método da Partição da Unidade (MPU) e o método das Nuvens-hp. De acordo com o MEFG...

Implementação do método dos elementos finitos generalizados com aplicação em materiais compositos; Implementation of generalized finite element method with application on composites materials

Alves, Gelson de Sousa
Fonte: Universidade de Brasília Publicador: Universidade de Brasília
Tipo: Dissertação
Português
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924.6389%
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014.; Esta pesquisa teve o objetivo de implementar formulações não convencionais do método dos elementos finitos (MEF) aplicado a análise estrutural em regime elástico linear. Especificamente, o método dos elementos finitos generalizados (MEFG) foi desenvolvido para simulações em domínios bidimensionais. Várias funções de enriquecimento, como as funções polinomiais, singulares e de interface, foram implementadas a fim de melhorar a aproximação dos problemas de valor de contorno com soluções suaves, singulares e descontínuas devido a diferentes interfaces de materiais. Uma técnica especial foi formulada e implementada levando em consideração a interface do material em compósitos sem a correspondência da malha de elementos finitos com o contorno dos diferentes materiais nos membros estruturais: vigas laminadas, placa com dois materiais e compósitos heterogêneos (matriz e inclusões). Assim, os resultados foram comparados com soluções analíticas e soluções pelo MEF. Os resultados mostram que melhores aproximações foram alcançadas usando o modelo proposto. A estratégia demonstrou potencial para resolver problemas com gradiente descontínuo causado pela interface material. Além disso...

Structural dynamic analysis for time response of bars and trusses using the generalized finite element method

Torii,André Jacomel; Machado,Roberto Dalledone
Fonte: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas Publicador: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/06/2012 Português
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1337.9905%
The Generalized Finite Element Method (GFEM) can be viewed as an extension of the Finite Element Method (FEM) where the approximation space is enriched by shape functions appropriately chosen. Many applications of the GFEM can be found in literature, mostly when some information about the solution is known a priori. This paper presents the application of the GFEM to the problem of structural dynamic analysis of bars subject to axial displacements and trusses for the evaluation of the time response of the structure. Since the analytical solution of this problem is composed, in most cases, of a trigonometric series, the enrichment used in this paper is based on sine and cosine functions. Modal Superposition and the Newmark Method are used for the time integration procedure. Five examples are studied and the analytical solution is presented for two of them. The results are compared to the ones obtained with the FEM using linear elements and a Hierarchical Finite Element Method (HFEM) using higher order elements.

An object-oriented class design for the generalized finite element method programming

Piedade Neto,Dorival; Ferreira,Manoel Dênis Costa; Proença,Sergio Persival Baroncini
Fonte: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas Publicador: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/11/2013 Português
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1331.6766%
The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Finite Element Method (FEM), presenting as its main feature the possibility of improving the solution by means of local enrichment functions. In spite of its advantages, the method demands a complex data structure, which can be especially benefited by the Object-Oriented Programming (OOP). Even though the OOP for the traditional FEM has been extensively described in the technical literature, specific design issues related to the GFEM are yet little discussed and not clearly defined. In the present article it is described an Object-Oriented (OO) class design for the GFEM, aiming to achieve a computational code that presents a flexible class structure, circumventing the difficulties associated to the method characteristics. The proposed design is evaluated by means of some numerical examples, computed using a code implemented in Python programming language.

Multicomponent diffusion during Prato cheese ripening: mathematical modeling using the finite element method.; Difusão multicomponente durante a maturação de queijo Prato: modelagem matemática usando o método de elementos finitos

Bona, Evandro; Silva, Rui Sérgio dos Santos Ferreira da; Borsato, Dionísio; Silva, Luiz Henry Monken e; Fidelis, Dayanne Aline de Souza
Fonte: Campo Mourao Publicador: Campo Mourao
Tipo: Artigo de Revista Científica
Português
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1009.5139%
The partial replacement of NaCl by KCl is a promising alternative to produce a cheese with lower sodium content since KCl does not change the final quality of the cheese product. In order to assure proper salt proportions, mathematical models are employed to control the product process and simulate the multicomponent diffusion during the reduced salt cheese ripening period. The generalized Fick’s Second Law is widely accepted as the primary mass transfer model within solid foods. The Finite Element Method (FEM) was used to solve the system of differential equations formed. Therefore, a NaCl and KCl multicomponent diffusion was simulated using a 20% (w/w) static brine with 70% NaCl and 30% KCl during Prato cheese (a Brazilian semi-hard cheese) salting and ripening. The theoretical results were compared with experimental data, and indicated that the deviation was 4.43% for NaCl and 4.72% for KCl validating the proposed model for the production of good quality, reduced-sodium cheeses.; A substituição parcial do NaCl pelo KCl é uma alternativa promissora para produzir queijos com um teor reduzido de sódio, desde que não se altere sua qualidade final. Para assegurar uma proporção adequada dos sais, a utilização de modelos que simulam a difusão multicomponente durante a maturação de queijos com teor reduzido de NaCl é importante para o controle do processo e qualidade do produto. A segunda lei de Fick generalizada para dois solutos é um dos modelos mais utilizados para este fim...

Multicomponent diffusion during Prato cheese ripening: mathematical modeling using the finite element method

Bona,Evandro; Silva,Rui Sergio dos Santos Ferreira da; Borsato,Dionísio; Silva,Luiz Henry Monken e; Fidelis,Dayanne Aline de Souza
Fonte: Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos Publicador: Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/12/2010 Português
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1009.5139%
The partial replacement of NaCl by KCl is a promising alternative to produce a cheese with lower sodium content since KCl does not change the final quality of the cheese product. In order to assure proper salt proportions, mathematical models are employed to control the product process and simulate the multicomponent diffusion during the reduced salt cheese ripening period. The generalized Fick's Second Law is widely accepted as the primary mass transfer model within solid foods. The Finite Element Method (FEM) was used to solve the system of differential equations formed. Therefore, a NaCl and KCl multicomponent diffusion was simulated using a 20% (w/w) static brine with 70% NaCl and 30% KCl during Prato cheese (a Brazilian semi-hard cheese) salting and ripening. The theoretical results were compared with experimental data, and indicated that the deviation was 4.43% for NaCl and 4.72% for KCl validating the proposed model for the production of good quality, reduced-sodium cheeses.

Stable Generalized Finite Element Method (SGFEM)

Babuska, I.; Banerjee, U.
Fonte: Universidade Cornell Publicador: Universidade Cornell
Tipo: Artigo de Revista Científica
Publicado em 05/04/2011 Português
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919.6503%
The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a Partition of Unity Method (PUM), where the trial space of standard Finite Element Method (FEM) is augmented with non-polynomial shape functions with compact support. These shape functions, which are also known as the enrichments, mimic the local behavior of the unknown solution of the underlying variational problem. GFEM has been successfully used to solve a variety of problems with complicated features and microstructure. However, the stiffness matrix of GFEM is badly conditioned (much worse compared to the standard FEM) and there could be a severe loss of accuracy in the computed solution of the associated linear system. In this paper, we address this issue and propose a modification of the GFEM, referred to as the Stable GFEM (SGFEM). We show that the conditioning of the stiffness matrix of SGFEM is not worse than that of the standard FEM. Moreover, SGFEM is very robust with respect to the parameters of the enrichments. We show these features of SGFEM on several examples.; Comment: 51 pages, 4 figures