Contribuciones al desarrollo de métodos numéricos de partículas: Método de los Elementos Discretos

Abstract

El desarrollo de la mecánica computacional siempre ha ido paralelo al intento de aproximar mediante modelaciones y simulaciones numéricas la esencia de los fenómenos físicos. Esta es la razón fundamental para desarrollar métodos numéricos (método de partículas: Método de los Elementos Discretos, DEM) que posibiliten realizar estudios multifísicos fiables y en diferentes escalas (macro-, meso-, micro-, etc.). Es por eso que el objetivo primordial del presente trabajo es efectuar contribuciones novedosas al desarrollo de las tecnologías numéricas de avanzada (DEM) que hoy por hoy son temas de singular interés e importancia los centros de investigación de élite mundial. En este sentido el trabajo se centra en el desarrollo de los métodos de partículas (DEM), con especial énfasis en la modelación multifísica y multiescala, con el método de los elementos discretos (DEM). El trabajo de investigación se centra en desarrollar el métodos numéricos (DEM), con especial énfasis a su formulación física para la solución numérica de las ecuaciones de gobierno, con su correspondiente implementación computacional y solución de complejos (multifísicos y a diferentes escalas) problemas de ingeniería. Se hace especial énfasis en la modelación multiescala y en modelación a microescala de la mecánica computacional.

Las principales aportaciones que se reporta en el presente trabajo es la formulación genérica del método de los elementos discretos (DEM) para enfrentar problemas en diversas escalas de la mecánica computacional. Adicionalmente se efectúa una formulación multifísica del método de los elementos discretos para enfrentar problemas acoplados: mecánico y termoacoplados, incluyendo los problemas de desgastes. Se establecen las formulaciones que consideran las partículas deformables o no. Se desarrollan nuevos modelos constitutivos de contacto para describir diversos tipos de materiales. Se efectúa la implementación computacional y su correspondiente validación. Se efectúa una formulación acoplada del método de los elementos finitos (MEF) con el DEM. Análogamente se acopla el DEM con otros métodos. Se realizan estudios de interrelación entre los parámetros constitutivos de contacto y los parámetros constitutivos convencionales. Se resuelven complejos problemas de ingeniería no resueltos eficientemente por los métodos convencionales. Se resuelven diversos problemas que se enfrentan en los diferentes proyectos nacionales e internacionales. Las contribuciones aportadas a este método son aspectos de relevancia internacional porque son las primeras que se reportan para el caso de formulación genérica del DEM y la modelación de modelación multifísica acoplada de dicho método.

Los resultados científicos que forman parte de este trabajo constituyen aportes novedosos y originales de significación al campo de la ciencia y a la modelación numérica con métodos de partículas (DEM). Estos resultados le han permitido a Cuba tener representación como miembro del comité científico del congreso “Particle” de la Asociación Internacional de Mecánica Computacional (IACM), de conjunto con instituciones científicas y académicas emblemáticas de élite mundial.