Comparación de métodos de elementos y transferencia de variables de estado para el comportamiento de materiales cuasi-incompresibles en el método de elementos finitos de partículas

Resumen El Método de Elementos Finitos de Partículas (PFEM) es atractivo para la simulación de problemas de grandes deformaciones, por ejemplo, en flujos de fluidos con superficie libre, interacción fluido-estructura y en mecánica de sólidos para la ingeniería geotécnica y procesos de producción. Durante el corte, la formación o la fusión de metal, a menudo se considera el comportamiento de materiales cuasi-incompresibles. Para eludir el bloqueo volumétrico asociado en las simulaciones de elementos finitos, se han propuesto diferentes enfoques en la literatura y una formulación mixta estabilizada de bajo orden (P1P1) es el estado del arte. El presente artículo compara la formulación mixta establecida con un elemento de desplazamiento puro de orden superior (TRI6) bajo condiciones de deformación plana 2D. El elemento TRI6 requiere un manejo especializado, que implica la eliminación y re adición de nodos intermedios de aristas durante el remallado de triangulación. Se analiza la robustez de ambas formulaciones de elementos junto con diferentes esquemas de transferencia de variables de estado, que aún no se discuten ampliamente en la literatura. Se investiga la influencia del factor de estabilización en la formulación del elemento P1P1, y se propone una ecuación que relaciona este factor con la relación de Poisson para materiales hiperelásticos.