THE HYBRID BOUNDARY ELEMENT METHOD APPLIED TO SYMMETRIC AND ANTISYMMETRIC PROBLEMS

• Main Author: MAURICIO COELHO ALVES
• Other Authors: NEY AUGUSTO DUMONT
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2002
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=2585@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=2585@2

CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === Este trabalho trata o Método Híbrido dos Elementos de Contorno com vista à análise de problemas que envolvam simetria ou antissimetria. Nestes casos, apenas uma parte da estrutura, que pode ser a metade, um quarto ou um oitavo, deve ser discretizada e capaz de representar o todo. Os métodos de contorno apresentam a vantagem, quando comparados com os de domínio, de não ser necessário nenhum tipo de discretização ao longo dos eixos ou planos de simetria, sem a introdução de mais aproximações, visto que apenas o contorno é discretizado. Embora estas simplificações venham a restringir alguns deslocamentos de corpo rígido (para problemas de elasticidade), no Método dos Elementos de Contorno convencional (colocação ou Galerkin) a ausência de tais deslocamentos não acarreta alterações na sistemática do método. Nos Métodos Híbridos de Elementos de Contorno, por outro lado, os deslocamentos de corpo rígido são necessários direta ou indiretamente para a aplicação de condições de ortogonalidade e avaliação das propriedades espectrais que são essenciais na obtenção da diagonal principal de certas matrizes inerentes ao método, tais como de flexibilidade, de deslocamentos e de tensões. Esta necessidade de avaliação é uma característica de suma importância do método e, quando não houver possibilidade de fazê-la, deve-se procurar uma forma substituta conceitualmente equivalente. Verifica-se que, apesar de este método ser baseado em funções singulares de Green, é capaz de representar estados simples de tensões, tanto por trabalhos virtuais quanto por interpolações no domínio. Como objetivo principal deste trabalho, será demonstrado que para cada deslocamento de corpo rígido perdido, devido às restrições impostas pela simetria ou antissimetria, poderá ser utilizado um estado simples de tensão (constantes na maioria dos casos), que permitirá o estabelecimento de propriedades espectrais apropriadas. De forma a se garantir uma sistemática estruturada para o trabalho, faz-se uma abordagem de conceitos fundamentais aplicados a problemas da elastostática e potencial estacionário, na formulação variacional do Método Híbrido dos Elementos de Contorno com posteriores considerações especiais de estados simples de tensão (representados polinomialmente), para elasticidade tridimensional em geral, visto que para problemas bidimensionais o caso se torna uma particularização. Todas as combinações de simetria e antissimetria são avaliadas com a implementação numérica. Diversos exemplos de problemas bidimensionais ilustram a formulação teórica. === The boundary element methods are suited for the analysis of symmetric and antisymmetric problems - in which only a part (half, quadrant or octant) of the structure needs to be explicitly considered - since, as an additional advantage when compared with a domain discretization method, no interpolation is required along the symmetry axes (for 2D problems) or planes (for 3D problems) and, consequently, no approximations are introduced thereon. Although such computational simplification may prevent some of the structures allowable rigid body movements (elasticity problems considered), this fact may be completely ignored as concerning the implementation of the traditional (collocation or Galerkin) boundary element methods. In the hybrid boundary element methods, on the other hand, special orthogonality conditions, directly or indirectly related to rigid body displacements, are required for the evaluation of elements about the main diagonal of some matrices (flexibility, displacement and stress matrices). Then, a central issue in such methods is the assessment of these matrices spectral properties for any combination of symmetry and antisymmetry and, most important, the investigation of conceptually equivalent, substitutive properties. As presented in this work, the hybrid boundary element methods, although based on singular Green s functions, are able to simulate, in terms of both virtual work and field interpolation, the simplest stress states. Then, one demonstrates that for every missing rigid body displacement - brought about by some symmetry or antisymmetry consideration - one may lay hold of a simple (in most cases constant) stress state, which enables establishing appropriate spectral properties. This work introduces the underlying variational concepts of the hybrid boundary element method and outlines the special consideration of simple (polynomial) stress states, as generally formulated for 3D elasticity, since 2D elasticity and problems of potential may be dealt with as particular cases. All combinations of symmetry and antisymmetry are outlined with the aim of numerical implementation. A series of 2D examples for problems of potential illustrate the theoretical