Vol. 16 Núm. 1 (2017): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Reconstrucción de tensiones para el método de elementos finitos con mallas poligonales

Octavio Andrés González-Estrada
UIS
Biografía
Sundararajan Natarajan
Indian Institute of Technology – Madras
Biografía
Carlos Graciano
Universidad Nacional de Colombia, Medellín
Biografía

Publicado 2016-12-27

Palabras clave

  • Método de elementos finitos,
  • elementos poligonales,
  • estimación del error,
  • adaptatividad,
  • reconstrucción de tensiones,
  • ajuste por mínimos cuadrados
  • ...Más
    Menos

Cómo citar

González-Estrada, O. A., Natarajan, S., & Graciano, C. (2016). Reconstrucción de tensiones para el método de elementos finitos con mallas poligonales. Revista UIS Ingenierías, 16(1), 23–34. https://doi.org/10.18273/revuin.v16n1-2017003

Resumen

El método de los elementos finitos es una de las herramientas numéricas más utilizadas para el diseño en ingeniería. En los últimos años se han desarrollado nuevas aproximaciones numéricas para extender el uso del método de elementos finitos a mallas poligonales. Dichas aproximaciones mejoran la precisión de la solución y aumentan la flexibilidad en el mallado. Sin embargo, como toda aproximación, es necesario cuantificar el valor del error inducido para poder validar los resultados obtenidos. En este trabajo se presenta el uso de una técnica de estimación del error de discretización para mallas de elementos finitos poligonales. La técnica está basada en la reconstrucción de la solución en tensiones mediante un procedimiento de mínimos cuadrados ponderados que considera la influencia de las ecuaciones de equilibrio. Se ha utilizado un problema con solución exacta para evaluar la efectividad del estimador, obteniendo buenos resultados a nivel local y global. 

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

  1. M. Kraus, A. Rajagopal, and P. Steinmann, “Investigations on the polygonal finite element method: Constrained adaptive Delaunay tessellation and conformal interpolants,” Comput. Struct., vol. 120, pp. 33–46, 2013.
  2. K. Jayabal, A. Menzel, A. Arockiarajan, and S. M. Srinivasan, “Micromechanical modelling of switching phenomena in polycrystalline piezoceramics: application of a polygonal finite element approach,” Comput. Mech., vol. 48, pp. 421–435, 2011.
  3. P. Pavankumar, K. Jayabal, and A. Arockiarajan, “A comparative study between finite element and polygonal finite element approaches for electromechanical coupled linear problems,” Intergrated Ferroelectr., vol. 120, pp. 90–101, 2010.
  4. K. Y. Sze and N. Sheng, “Polygonal finite element method for nonlinear constitutive modeling of polycrystalline ferroelectrics,” Finite Elem. Anal. Des., vol. 42, no. 2, pp. 107–129, 2005.
  5. E. L. Wachspress, “A rational basis for function approximation,” Lect. notes Math., 1971.
  6. G. Dasgupta, “Interpolants within Convex Polygons: Wachspress’ Shape Functions,” ASCE - J. Aerosp. Eng., vol. 16, no. 1, pp. 1–8, 2003.
  7. N. Sukumar and E. A. Malsch, “Recent Advances in the Construction of Polygonal Finite Element Interpolants,” Arch. Comput. Methods Eng., vol. 13, no. 1, pp. 129–163, 2006.
  8. M. Arroyo and M. Ortiz, “Local Maximum-Entropy Approximation Schemes,” Lect. notes Comput. Sci. Eng., vol. 57, p. 1, 2006.
  9. N. Sukumar and A. Tabarraei, “Conforming polygonal finite elements,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 61, no. 2045–2066, pp. 2045–2066, 2004.
  10. M. M. Rashid and P. M. Gullet, “On a finite element method with variable element topology,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 190, no. 11–12, pp. 1509–1527, 2000.
  11. S. Ghosh and Y. Liu, “Voronoi cell finite element model based on micropolar theory of thermoelasticity for heterogeneous materials,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 38, no. 8, pp. 1361–1398, Apr. 1995.
  12. S. Ghosh and S. Moorthy, “Elastic-plastic analysis of arbitrary heterogeneous materials with the Voronoi Cell finite element method,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 121, no. 1–4, pp. 373–409, 1995.
  13. X. H. Tang, S. C. Wu, C. Zheng, and J. H. Zhang, “A novel virtual node method for polygonal elements,” Appl. Math. Mech., vol. 30, no. 10, pp. 1233–1246, 2009.
  14. L. da Veiga, F. Brezzi, A. Cangiani, G. Manzini, L. D. Marini, and A. Russo, “Basic principles of virtual element methods,” Math. Model. Methods Appl. Sci., vol. 23, p. 199, Nov. 2013.
  15. B. A. Szabó and I. Babuška, Finite Element Analysis. New York: John Wiley & Sons, 1991.
  16. O. A. González-Estrada, J. Leal Enciso, and J. D. Reyes Herrera, “Análisis de integridad estructural de tuberías de material compuesto para el transporte de hidrocarburos por elementos finitos.,” UIS Ing., vol. 15, no. 2, pp. 105–116, 2016.
  17. J. J. Ródenas, O. A. González-Estrada, J. E. Tarancón, and F. J. Fuenmayor, “A recovery-type error estimator for the extended finite element method based on singular+smooth stress field splitting,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 76, no. 4, pp. 545–571, 2008.
  18. O. A. González-Estrada, S. Natarajan, J. J. Ródenas, H. Nguyen-Xuan, and S. P. A. Bordas, “Efficient recovery-based error estimation for the smoothed finite element method for smooth and singular linear elasticity,” Comput. Mech., vol. 52, no. 1, pp. 37–52, Sep. 2013.
  19. M. Ainsworth and J. T. Oden, A posteriori Error Estimation in Finite Element Analysis. Chichester: John Wiley & Sons, 2000.
  20. J. J. Ródenas, O. A. González-Estrada, F. J. Fuenmayor, and F. Chinesta, “Enhanced error estimator based on a nearly equilibrated moving least squares recovery technique for FEM and XFEM,” Comput. Mech., vol. 52, no. 2, pp. 321–344, Aug. 2013.
  21. R. Sibson, “A vector identity for the Dirichlet tessellation,” Math. Proc. Cambridge Philos. Soc., vol. 87, no. 01, p. 151, 1980.
  22. O. C. Zienkiewicz and J. Z. Zhu, “A simple error estimator and adaptive procedure for practical engineering analysis,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 24, no. 2, pp. 337–357, 1987.
  23. G. R. Liu, “MFree Shape Function Construction,” in Mesh Free Methods. Moving beyond the Finite Element Method, Boca Ratón, Florida: CRC Press, 2003, p. 693.
  24. P. Díez, J. J. Ródenas, and O. C. Zienkiewicz, “Equilibrated patch recovery error estimates: simple and accurate upper bounds of the error,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 69, no. 10, pp. 2075–2098, 2007.
  25. J. J. Ródenas, M. Tur, F. J. Fuenmayor, and A. Vercher, “Improvement of the superconvergent patch recovery technique by the use of constraint equations: the SPR-C technique,” Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 70, no. 6, pp. 705–727, 2007.
  26. J. J. Ródenas, O. A. González-Estrada, P. Díez, and F. J. Fuenmayor, “Accurate recovery-based upper error bounds for the extended finite element framework,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 199, no. 37–40, pp. 2607–2621, 2010.
  27. A. Huerta, Y. Vidal, and P. Villon, “Pseudo-divergence-free element free Galerkin method for incompressible fluid flow☆,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 193, no. 12–14, pp. 1119–1136, 2004.
  28. Q. Z. Xiao and B. L. Karihaloo, “Statically admissible stress recovery using the moving least squares technique,” in Progress in Computational Structures Technology, 2004, pp. 111–138.