Lame3D.edp

Resumen: En este ejemplo se considera el problema estacionario de Lamé 3D.

Problema

Sea ΩR3 (que suponemos de frontera poliédrica) un dominio ocupado por un medio elástico, isótropo y homogéneo que está sometido a una densidad de fuerzas externas, lo que produce una deformación del medio.

Dominio

Denotamos u=u(x,y,z)=(u1(x,y,z),u2(x,y,z)). Si los desplazamientos son pequeños, de la segunda Ley de Newton se puede deducir que, en el caso estacionario, u es solución del sistema

(1){σ(u)=f(x,y,z)en Ω,u=0sobre Γ4,σ(u)n=gsobre Γ1,σ(u)n=0sobre Γ2Γ3,

donde

(2)σ(u)=12μ(u+ut)+λ(u)Id,

λ y μ son los llamados coeficientes de Lamé. Sulen venir expresados en función de otros coeficientes: E, denominado módulo de Young (o también módulo de elasticidad longitudinal), y ν, denominado coeficiente o razón de Poisson:

(3)μ=E2(ν+1),λ=Eν(ν+1)(12ν)

Formulación débil

Sea V={vH1(Ω)3:v=0 sobre Γ4}​.

Multiplicando la ecuación de (1), en ambos miembros, por una función vV, integrando en Ω, y utilizando la integración por partes, se llega a la siguientre formulación variacional del problema (1):

(4){Hallar uV tal que Ω(14μ(u+(u)t)(v+(v)t)+λ(u)(v))dxdydzΩfvdxdyΓ1gvdσ=0vV.

Resolver este problema para f(x,y)=(000), g(x,y)=(z00), E=21×105 y ν=0.28.

Observamos que:

(5)(u+(u)t)(v+(v)t)=(2xu1yu1+xu2zu1+xu3xu2+yu12yu2zu2+yu3xu3+zu1yu3+zu22zu3)(2xv1yv1+xv2zv1+xv3xv2+yv12yv2zv2+yv3xv3+zv1yv3+zv22zv3)=4xu1xv1+4yu2yv2+4zu3zv3+2(yu1+xu2)(yv1+xv2)+2(zu1+xu3)(zv1+xv3)+2(zu2+yu3)(zv2+yv3)=4ε(u1,u2,u3)tε(v1,v2,v3)

con

(6)ε(u1,u2,u3)=(xu1yu2yu312(yu1+xu2)12(zu1+xu3)12(zu2+yu3))

Código

 

Anna Doubova - Rosa Echevarría - Dpto. EDAN - Universidad de Sevilla