Estimación y acotación del error de discretización en el modelado de grietas mediante el método extendido de los elementos finitos

Abstract

El Método de los Elementos Finitos (MEF) se ha afianzado durante las últimas décadas como una de las técnicas numéricas más utilizadas para resolver una gran variedad de problemas en diferentes áreas de la ingeniería, como por ejemplo, el análisis estructural, análisis térmicos, de fluidos, procesos de fabricación, etc. Una de las aplicaciones donde el método resulta de mayor interés es en el análisis de problemas propios de la Mecánica de la Fractura, facilitando el estudio y evaluación de la integridad estructural de componentes mecánicos, la fiabilidad, y la detección y control de grietas.

Recientemente, el desarrollo de nuevas técnicas como el Método Extendido de los Elementos Finitos (XFEM) ha permitido aumentar aún más el potencial del MEF. Dichas técnicas mejoran la descripción de problemas con singularidades, con discontinuidades, etc., mediante la adición de funciones especiales que enriquecen el espacio de la aproximación convencional de elementos finitos.

Sin embargo, siempre que se aproxima un problema mediante técnicas numéricas, la solución obtenida presenta discrepancias con respecto al sistema que representa. En las técnicas basadas en la representación discreta del dominio mediante elementos finitos (MEF, XFEM, ...) interesa controlar el denominado error de discretización. En la literatura se pueden encontrar numerosas referencias a técnicas que permiten cuantificar el error en formulaciones convencionales de elementos finitos. No obstante, por ser el XFEM un método relativamente reciente, aún no se han desarrollado suficientemente las técnicas de estimación del error para aproximaciones enriquecidas de elementos finitos.

El objetivo de esta Tesis es cuantificar el error de discretización cuando se utilizan aproximaciones enriquecidas del tipo XFEM para representar problemas propios de la Mecánica de la Fractura Elástico Lineal (MFEL), como es el caso del modelado de una grieta.