Nonlinear analysis of trusses considering hyperelastic models by the positional finite element method
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Data de Publicação: | 2022 |
Outros Autores: | , , , |
Tipo de documento: | Artigo |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Research, Society and Development |
Texto Completo: | https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/32684 |
Resumo: | In recent years, there has been an increase in the use of hyperelastic materials in structures, such as vulcanized or natural polymers. As a result, it becomes relevant to expand the knowledge regarding the mechanical performance of these materials through the development of numerical models that simulate their behavior and that are capable of presenting more realistic predictions. For materials represented by hyperelastic models, the consideration of physical and geometric nonlinearities is more adequate to represent their mechanical behavior when subjected to large deformations. Thus, the present work aims at the implementation of a computational code, with the purpose of analyzing and comparing the mechanical behavior of trusses considering the physical non-linearity, described by hyperelastic models, and the geometric non-linearity using the positional formulation in finite elements. The Riks-Wempner arc length method associated with the Newton-Rapshson iterative method was used to trace equilibrium paths with snap-through and snap-back phenomena. The Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Polynomial, Yeoh, Ogden and Arruda-Boyce hyperelastic models were considered. The validation of the implemented program took place through the comparison with analytical solutions and numerical and experimental results of scientific papers. |
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Nonlinear analysis of trusses considering hyperelastic models by the positional finite element methodAnálisis no lineal de cerchas considerando modelos hiperelásticos por el método de elementos finitos posicionalesAnálise não linear de treliças considerando modelos hiperelásticos pelo método dos elementos finitos posicionalHiperelasticidadeNão Linearidade FísicaNão Linearidade GeométricaNewton-RaphsonComprimento de arco.HiperelasticidadNo linealidad físicaNo linealidad geométricaNewton-RaphsonLongitud de arco.HyperelasticityPhysical nonlinearityGeometric nonlinearityNewton-RaphsonArc length.In recent years, there has been an increase in the use of hyperelastic materials in structures, such as vulcanized or natural polymers. As a result, it becomes relevant to expand the knowledge regarding the mechanical performance of these materials through the development of numerical models that simulate their behavior and that are capable of presenting more realistic predictions. For materials represented by hyperelastic models, the consideration of physical and geometric nonlinearities is more adequate to represent their mechanical behavior when subjected to large deformations. Thus, the present work aims at the implementation of a computational code, with the purpose of analyzing and comparing the mechanical behavior of trusses considering the physical non-linearity, described by hyperelastic models, and the geometric non-linearity using the positional formulation in finite elements. The Riks-Wempner arc length method associated with the Newton-Rapshson iterative method was used to trace equilibrium paths with snap-through and snap-back phenomena. The Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Polynomial, Yeoh, Ogden and Arruda-Boyce hyperelastic models were considered. The validation of the implemented program took place through the comparison with analytical solutions and numerical and experimental results of scientific papers.En los últimos años, ha habido un aumento en el uso de materiales hiperelásticos en estructuras, como polímeros vulcanizados o naturales. Por lo tanto, se vuelve relevante ampliar el conocimiento sobre el comportamiento mecánico de estos materiales a través del desarrollo de modelos numéricos que simulen su comportamiento y que sean capaces de presentar predicciones más realistas. Para materiales representados por modelos hiperelásticos, la consideración de no linealidades físicas y geométricas es más adecuada para representar su comportamiento mecánico cuando se someten a grandes deformaciones. Así, el presente trabajo tiene como objetivo la implementación de un código computacional, con el propósito de analizar y comparar el comportamiento mecánico de trusses considerando la no linealidad física, descrita por modelos hiperelásticos, y la no linealidad geométrica utilizando la formulación posicional en finitos. elementos. Se utilizó el método de longitud de arco de Riks-Wempner asociado con el método iterativo de Newton-Rapshson para trazar caminos de equilibrio con fenómenos de salto y retroceso. Se consideraron los modelos hiperelásticos Neo-Hookean, Mooney-Rivlin, Polynomial, Yeoh, Ogden y Arruda-Boyce. La validación del programa implementado se realizó mediante la comparación con soluciones analíticas y resultados numéricos y experimentales de trabajos científicos.Nos últimos anos, houve um aumento na utilização de materiais hiperelásticos em estruturas, como por exemplo, polímeros vulcanizados ou naturais. Em virtude disso, torna-se relevante expandir o conhecimento quanto ao desempenho mecânico destes materiais por meio do desenvolvimento de modelos numéricos que simulem o seu comportamento e que sejam capazes de apresentar previsões mais realistas. Para materiais representados por modelos hiperelásticos, a consideração das não linearidades física e geométrica é mais adequada para representar o seu comportamento mecânico quando submetidos a grandes deformações. Desse modo, o presente trabalho objetiva a implementação de um código computacional, com o propósito de analisar e comparar o comportamento mecânico de treliças considerando a não linearidade física, descrita por modelos hiperelásticos, e a não linearidade geométrica utilizando a formulação posicional em elementos finitos. Foi utilizado o método do comprimento de arco de Riks-Wempner associado ao método iterativo de Newton-Rapshson para traçar caminhos de equilíbrio com fenômenos de snap-through e snap-back. Foram considerados os modelos hiperelásticos Neo-Hookean Nos últimos anos, houve um aumento na utilização de materiais hiperelásticos em estruturas, como por exemplo, polímeros vulcanizados ou naturais. Em virtude disso, torna-se relevante expandir o conhecimento quanto ao desempenho mecânico destes materiais por meio do desenvolvimento de modelos numéricos que simulem o seu comportamento e que sejam capazes de apresentar previsões mais realistas. Para materiais representados por modelos hiperelásticos, a consideração das não linearidades física e geométrica é mais adequada para representar o seu comportamento mecânico quando submetidos a grandes deformações. Desse modo, o presente trabalho objetiva a implementação de um código computacional, com o propósito de analisar e comparar o comportamento mecânico de treliças considerando a não linearidade física, descrita por modelos hiperelásticos, e a não linearidade geométrica utilizando a formulação posicional em elementos finitos. Foi utilizado o método do comprimento de arco de Riks-Wempner associado ao método iterativo de Newton-Rapshson para traçar caminhos de equilíbrio com fenômenos de snap-through e snap-back. Foram considerados os modelos hiperelásticos Neo-Hookean, de Mooney-Rivlin, Polinomial, de Yeoh, de Ogden e de Arruda-Boyce. A validação do programa implementado se deu por meio da comparação com soluções analíticas e resultados numéricos e experimentais de trabalhos científicos., de Mooney-Rivlin, Polinomial, de Yeoh, de Ogden e de Arruda-Boyce. A validação do programa implementado se deu por meio da comparação com soluções analíticas e resultados numéricos e experimentais de trabalhos científicos.Research, Society and Development2022-08-07info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttps://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/3268410.33448/rsd-v11i10.32684Research, Society and Development; Vol. 11 No. 10; e449111032684Research, Society and Development; Vol. 11 Núm. 10; e449111032684Research, Society and Development; v. 11 n. 10; e4491110326842525-3409reponame:Research, Society and Developmentinstname:Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)instacron:UNIFEIporhttps://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/32684/27962Copyright (c) 2022 Denn’s Santana Perônica; Daniel Nelson Maciel; Rodrigo Barros; Joel Araújo do Nascimento Neto; José Neres da Silva Filhohttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessPerônica, Denn’s Santana Maciel, Daniel Nelson Barros, RodrigoNascimento Neto, Joel Araújo do Silva Filho, José Neres da2022-08-12T22:23:03Zoai:ojs.pkp.sfu.ca:article/32684Revistahttps://rsdjournal.org/index.php/rsd/indexPUBhttps://rsdjournal.org/index.php/rsd/oairsd.articles@gmail.com2525-34092525-3409opendoar:2024-01-17T09:48:36.098432Research, Society and Development - Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)false |
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