Tratamento do problema de contato e impacto em grandes deformações pelo método dos elementos finitos

Abstract

O Sistema METAFOR /Pl/ é um sistema computacional dirigido para a solução de problemas elastoplásticos com deformações finitas em condições dinâmicas e estáticas. Assim o programa permite o tratamento de problemas de impacto e de conformação mecânica. Este trabalho implementou os seguintes desenvolvimentos ao METAFOR: a) Procedimento de integração espacial simplificado das pressões de contato, que torna o método da penalidade independente da malha. b) Tratamento do problema de contato/atrito em casos tri-dimensionais. Quando um dos corpos é rígido, o programa pode usar solução implícita ou explícita. Se o corpo rígido é um plano, uma matriz tangente explícita consistente com o processo de integração temporal de pressões de contato é usada. Se o corpo rígido tem uma geometria arbitrária, uma matriz tangente numérica é empregada. Neste caso o corpo rígido é modelado com superfícies 'Coons'. c) Tratamento do problema de contato entre corpos flexíveis. Neste caso a solução é limitada à casos explícitos. Um método simples e eficiente é aqui empregado. Alguns exemplos foram comparados com dados da literatura e um bom acordo foi obtido.

METAFOR is a large computational system addressed to the solution of elastoplasticity problems with finite deformations under static and dynamic conditions. As a practical applications, it can be used to model metal forming and impact problems. In this work the METAFOR system is extended and improved in several ways : a) A simplified spatial integration procedure for contact pressure that allows for a mesh independent penalty method in two dimensional cases is implemented. b) The contact/friction capability is extended to three dimensional situations. When one of the bodies is rigid, the program can use implicit or explicit solutions. If the rigid body is a plane, an explicit tangent matrix consistent with the contact pressure integration scheme is used. If the rigid body has an arbitrary geometry, a numerical tangent matrix is used. In this case the rigid body is modeled with 'Coons' surfaces. c) A capability for impact problems between flexible bodies is introduced. In this case an explicit solution must be used. A simple and precise algorithm for nodal projection is used. Numerical examples for different problems show good agreement with results in the literature.