[en] MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF RODS

• Main Author: FERNANDO ALVES ROCHINHA
• Other Authors: RUBENS SAMPAIO FILHO
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2012
• Subjects: [pt] GRANDES DEFORMACOES; [en] LARGE STRAIN; [pt] ELEMENTOS FINITOS; [en] FINITE ELEMENTS
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=20299@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=20299@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.20299

[pt] É apresentado um modelo não-linear para estruturas unidimensionais em equilíbrio, onde não são feitas restrições de caráter geométrico. Este modelo é capaz de descrever movimentos que envolvam flexão, torção, cilhamento e extensão. As configurações de referência e deformada têm sua geometria descrita através da posição espacial de uma curva e da orientação de uma base ortonormal associada a cada ponto dessa curva. O uso dos ângulos de Euler na descrição das rotações, o que pode implicar em instabilidades numéricas, é evitado através do uso de uma nova parametrização para o problema. O problema de equilíbrio que envolve o comportamento não-linear de uma estrutura unidimensional é formulado de diferentes maneiras. São apresentados dois métodos numéricos para a solução desse problema. Um deles é baseado numa decomposição via lagrangeano aumentado e outro é um método de Newton não convencional. São discutidos detalhes acerca da implementação computacional desses métodos. A validade das formulações é atestada através de alguns exemplos numéricos. Em particular. São analisadas algumas aplicações relacionadas com operações de cabos umbilicais em prospecção petrolífera, que envolvem carregamentos estáticos complicados como aqueles ocasionados por flutuadores e pela atração gravitacional. === [en] It is presented a model of the static geometrically non-linear behavior of an elastic rod which considers flexion, torsion, shear and tension. The geometry of the body, in the reference and deformed configurations, is described given the position of the centerline and the geometry of a rigid frame attached to each point of the line. A particular parametrization that avoids the difficulties associated with the use of Euler angles is employed simplifying the numerical treatment. The equilibrium problem for a nonlinear rod is formulated in several different ways and two numerical methods for solution of these problems are presented. One is based on augmented Lagrangian splitting and the second is a non-standard Newton’s method. Details pertaining to the implementation of that method are discussed. A number of numerical simulations have been documented to demonstrate the robustness of the formulations. In particular, some applications in connection with Off shore pipe lines operations, which involves complicated static loading conditions that includes floaters and gravitational forces, are analysed.