Numerical simulations of granular systems: a contact detection algorithm for convex NURBS particles (2024)
- Authors:
- Autor USP: CRAVEIRO, MARINA VENDL - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PEF
- Subjects: COMPUTAÇÃO GRÁFICA; ALGORITMOS
- Language: Inglês
- Abstract: Materiais granulares são frequentemente encontrados na natureza e na indústria. Seu comportamento pode ser simulado numericamente pelo método dos elementos discretos (DEM), o qual trata o movimento de cada partícula pelas equações de Newton-Euler. A interação entre partículas provém principalmente do contato. Dois tópicos fundamentais do DEM são abordados pelo presente trabalho: a definição da geometria das partículas e a detecção do contato. O primeiro tópico influencia a localização e a direção das forças de contato a serem incluídas nas equações de movimento. Formatos mais realistas levam a respostas mais realistas do sistema. No entanto, formatos complexos aumentam o custo computacional das simulações, principalmente devido à detecção do contato, a qual tende ser mais custosa e não tão robusta. Dentro desse contexto, a presente pesquisa tem como objetivo propor um novo algoritmo para a detecção de contato entre partículas lisas e convexas cujos contornos são geometricamente definidos por superfícies B-splines racionais não uniformes (NURBS). Esse algoritmo engloba as buscas de contato global e local. Para lidar com o contato entre formatos não-padrão em uma escala local, o presente trabalho utiliza três técnicas provenientes da computação gráfica: soma de Minkowski, obstáculo do espaço de configuração (CSO) e função de suporte. A ideia é detectar o contato e determinar a máxima penetração entre partículas por meio de esquemas de otimização em que as quantidades procuradas são pontos de mínimo das funções objetivo. A modelagem de partículas NURBS também é um ponto de discussão do presente trabalho. Mostra-se que agrupar múltiplas superfícies NURBS no espaço implica em imperfeições geométricas locais nas conexões entre superfícies, onde suavidade e convexidade não sãogarantidas. Para contornar o problema, a técnica de degeneração do contato é adaptada para ser empregada junto com a formulação proposta de contato. O foco da pesquisa está na robustez do algoritmo de detecção de contato, embora discussões iniciais de eficiência também sejam feitas. Exemplos numéricos são apresentados para analisar o comportamento do algoritmo. Todas as implementações e as simulações numéricas são realizadas no software Giraffe. A geração de partículas NURBS é feita com o software Rhinoceros 3DTM. Os resultados numéricos destacam a robustez do método, além de apontar para a necessidade de melhorar a sua eficiência.
- Imprenta:
- Data da defesa: 11.07.2024
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ABNT
CRAVEIRO, Marina Vendl. Numerical simulations of granular systems: a contact detection algorithm for convex NURBS particles. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-05062025-071928/pt-br.php. Acesso em: 28 dez. 2025. -
APA
Craveiro, M. V. (2024). Numerical simulations of granular systems: a contact detection algorithm for convex NURBS particles (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-05062025-071928/pt-br.php -
NLM
Craveiro MV. Numerical simulations of granular systems: a contact detection algorithm for convex NURBS particles [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-05062025-071928/pt-br.php -
Vancouver
Craveiro MV. Numerical simulations of granular systems: a contact detection algorithm for convex NURBS particles [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-05062025-071928/pt-br.php - Upheaval buckling of pipelines triggered by the internal pressure resulting from the transportation of oil and gas: theoretical discussions and geometrically nonlinear analysis using Finite Element Method
- Contact between rigid convex NURBS particles based on computer graphics concepts
- Formulation for the local contact problem between smooth convex NURBS particles
- Strategy to address two-dimensional pointwise concave contact problems
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