Método dos elementos de contorno virtual aplicado a problemas potenciais

Abstract

O Método dos Elementos de Contorno (MEC) é um método em que necessita de informação apenas do contorno do domínio para a solução da equação governante. O método é deduzido do Teorema de Green e utiliza as soluções fundamentais para determinar variáveis desconhecidas. Nesta técnica existe uma singularidade quando o ponto fonte for coincidente com o ponto campo. Para resolver esse problema, geralmente são empregadas integrações numéricas especiais e/ou integração analítica. Com o intuito de evitar a integração analítica, uma técnica alternativa, conhecida como Método dos Elementos de Contorno virtual (MECV), é implementada para resolver o problema de singularidade. Esta técnica é aplicada no conhecido problema de Motz, utilizado neste trabalho como referência. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho baseia-se na investigação da distância ótima de um contorno virtual utilizando a técnica do MECV. A distância entre o contorno real e o contorno virtual é definida como um percentual do tamanho do elemento e a precisão da solução numérica é avaliada para cada incremento deste. Outra distância a ser avaliada é a influência do fator no interior do elemento linear descontínuo utilizado. O MECV regular é aplicado e o problema discretizado com tamanhos de elementos iguais e diferentes. Nesta técnica os pontos fontes são colocados no contorno virtual externo ou interno ao domínio. Com base nos resultados obtidos, pode-se observar que a utilização do MECV externo fornece valores muito precisos com um de 9% e de 10%. A aplicação do MECV externo discretizado com elementos de tamanhos diferentes não demonstraram resultados satisfatórios. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The Boundary Element Method (BEM) is classified as a boundary method once no informations inside the domain are required for solving the governing equation. The method is deduced from the Green’s Theorem and uses the fundamental solutions for determining the unknown variables. In this technique when the source point coincides with the field point singularities arise. Generally special numerical integrations and/or analytical solutions are employed for solving the singularities. An alternative technique called as Virtual Boundary Element Method (VBEM) is implemented to solve the singularities and avoid analytical integrations. A potential problem as well-known as Motz’s Problem is used as benchmark. In this sense the main goal of this work relies on investigating the best distance of a virtual boundary using the VBEM technique. The distance between the real and virtual boundary was set as a percentual of the element size and the numerical solution accuracy is taken into account as the value this increase. Other distance to be evaluated is the influence of factor inside the linear discontinuous element. MECV is applied and the problem discretized with same lengths and different lengths of elements. In this technique the sources points are is taken out to the virtual boundary external or internal to the domain. The formulation with the external MECV have presented highly accurate results for a of 9% and for a of 10%. Discretization with elements different lengths has not demonstrated satisfactory results.