Un modelo híbrido de partículas/elementos finitos con rugosidad superficial para el análisis de mampostería de piedra
Autores: Azevedo, Nuno Monteiro; Lemos, José V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un modelo híbrido de partículas/elementos finitos con rugosidad superficial para el análisis de mampostería de piedra
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Fractura
Modelos DEM
Materiales cuasi-frágiles
Modelo híbrido de partículas
Mampostería de piedra
Tiempo de ejecución computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
Los modelos de partículas circulares y esféricas son una clase de elementos discretos (DEM) que se han aplicado cada vez más a estudios de fractura de materiales cuasi-frágiles, como la roca y el concreto, debido a su probada capacidad para simular procesos de fractura a través de ensamblajes de partículas aleatorias que representan materiales cuasi-frágiles a escala de grano. Más recientemente, se han aplicado modelos DEM a estudios de fractura de mampostería de piedra antigua. Con el fin de extender su aplicabilidad a estructuras de mayores dimensiones, se propone aquí un modelo híbrido de partículas mejorado que permite a los elementos finitos con una determinada rugosidad superficial, proporcionada por la discretización del límite del elemento con partículas, interactuar con el medio particulado en el que están incrustados. El rendimiento del modelo híbrido se compara con el de un modelo tradicional de todas las partículas bajo pruebas uniaxiales. Se muestra que se obtienen resultados similares, a saber, en la fase elástica, figuras de ruptura y comportamiento antes y después del pico, mientras que el modelo híbrido permite una reducción significativa del tiempo de ejecución computacional del 20% al 25% en los ensamblajes de partículas gruesas. Finalmente, el modelo híbrido propuesto se aplica en la simulación de pruebas de corte de muros de mampostería de piedra y juntas secas y enlucidas, proporcionando un acuerdo razonablemente bueno tanto con los resultados experimentales como con las predicciones. Para las pruebas de mampostería de escombros, el modelo híbrido permite una reducción del tiempo de ejecución computacional de alrededor del 40% en comparación con un modelo de todas las partículas.
Descripción
Los modelos de partículas circulares y esféricas son una clase de elementos discretos (DEM) que se han aplicado cada vez más a estudios de fractura de materiales cuasi-frágiles, como la roca y el concreto, debido a su probada capacidad para simular procesos de fractura a través de ensamblajes de partículas aleatorias que representan materiales cuasi-frágiles a escala de grano. Más recientemente, se han aplicado modelos DEM a estudios de fractura de mampostería de piedra antigua. Con el fin de extender su aplicabilidad a estructuras de mayores dimensiones, se propone aquí un modelo híbrido de partículas mejorado que permite a los elementos finitos con una determinada rugosidad superficial, proporcionada por la discretización del límite del elemento con partículas, interactuar con el medio particulado en el que están incrustados. El rendimiento del modelo híbrido se compara con el de un modelo tradicional de todas las partículas bajo pruebas uniaxiales. Se muestra que se obtienen resultados similares, a saber, en la fase elástica, figuras de ruptura y comportamiento antes y después del pico, mientras que el modelo híbrido permite una reducción significativa del tiempo de ejecución computacional del 20% al 25% en los ensamblajes de partículas gruesas. Finalmente, el modelo híbrido propuesto se aplica en la simulación de pruebas de corte de muros de mampostería de piedra y juntas secas y enlucidas, proporcionando un acuerdo razonablemente bueno tanto con los resultados experimentales como con las predicciones. Para las pruebas de mampostería de escombros, el modelo híbrido permite una reducción del tiempo de ejecución computacional de alrededor del 40% en comparación con un modelo de todas las partículas.