Modelo de fricción de contacto basado en la fuerza de contacto normal resultante para el Método de Elementos Finitos-Discretos Combinados y su validación
Autores: Liu, He; Shao, Zuliang; Lin, Qibin; Lei, Yiming; Du, Chenglei; Pan, Yucong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelo de fricción de contacto basado en la fuerza de contacto normal resultante para el Método de Elementos Finitos-Discretos Combinados y su validación
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Fuerzas de fricción
Par de contacto
Errores computacionales
Algoritmo de fricción de contacto
Pruebas numéricas
Disipación de energía cinética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
En el método FDEM convencional (Método de Elementos Finitos y Discretos Combinados), cada par de contacto puede tener múltiples puntos de contacto donde se aplican fuerzas de fricción, lo que conduce a asignaciones de fuerza de fricción no únicas y potencialmente introduce errores computacionales. Este estudio introduce un nuevo algoritmo de fricción de contacto para FDEM basado en la fuerza de contacto normal resultante. Este método implica determinar la fuerza de fricción en un punto de contacto equivalente único, lo que simplifica significativamente el flujo computacional y reduce el uso de memoria. Se realizan una serie de pruebas numéricas para validar la efectividad del modelo de contacto propuesto. Mediante pruebas de colisión y deslizamiento de bloques, se verifica que el modelo de fricción de contacto propuesto puede capturar con precisión el efecto de fricción entre cuerpos discretos y evitar el problema de disipación de energía cinética asociado con el algoritmo de fricción de contacto original. Para las pruebas de fractura por división brasileña y compresión uniaxial, los resultados simulados se alinean estrechamente con los generados utilizando el algoritmo de fricción de contacto original y coinciden bien con las mediciones experimentales, lo que demuestra la aplicabilidad del algoritmo propuesto en el análisis de fracturas. Además, mediante el uso del algoritmo de fricción de contacto propuesto, se puede lograr una mejora de eficiencia computacional del 8% en la evaluación de la fuerza de contacto.
Descripción
En el método FDEM convencional (Método de Elementos Finitos y Discretos Combinados), cada par de contacto puede tener múltiples puntos de contacto donde se aplican fuerzas de fricción, lo que conduce a asignaciones de fuerza de fricción no únicas y potencialmente introduce errores computacionales. Este estudio introduce un nuevo algoritmo de fricción de contacto para FDEM basado en la fuerza de contacto normal resultante. Este método implica determinar la fuerza de fricción en un punto de contacto equivalente único, lo que simplifica significativamente el flujo computacional y reduce el uso de memoria. Se realizan una serie de pruebas numéricas para validar la efectividad del modelo de contacto propuesto. Mediante pruebas de colisión y deslizamiento de bloques, se verifica que el modelo de fricción de contacto propuesto puede capturar con precisión el efecto de fricción entre cuerpos discretos y evitar el problema de disipación de energía cinética asociado con el algoritmo de fricción de contacto original. Para las pruebas de fractura por división brasileña y compresión uniaxial, los resultados simulados se alinean estrechamente con los generados utilizando el algoritmo de fricción de contacto original y coinciden bien con las mediciones experimentales, lo que demuestra la aplicabilidad del algoritmo propuesto en el análisis de fracturas. Además, mediante el uso del algoritmo de fricción de contacto propuesto, se puede lograr una mejora de eficiencia computacional del 8% en la evaluación de la fuerza de contacto.