[en] PARALLEL TOPOLOGICAL SUPPORT FOR FINITE ELEMENT MESHES IN DYNAMIC FRACTURE AND FRAGMENTATION ANALYSES - RODRIGO DE SOUZA LIMA ESPINHA (2011)
[pt] Fenômenos de propagação de fraturas e fragmentação em sólidos podem ser descritos por Modelos de Zona Coesiva e simulados com o Método dos Elementos Finitos. Entre as abordagens computacionais de recente interesse para a representação de fraturas em malhas de elementos finitos, encontram-se as baseadas em elementos coesivos. Nelas, o comportamento de fraturas é representado por elementos coesivos inseridos nas interfaces entre elementos volumétricos da malha original. Os modelos de elementos coesivos podem ser classificados como intrínsecos ou extrínsecos. Modelos intrínsecos requerem elementos coesivos pré-inseridos em todas as interfaces volumétricas passíveis de fraturas. Por outro lado, modelos extrínsecos requerem que elementos coesivos sejam inseridos de forma adaptativa, apenas onde e quando necessários. Porém, a representação de malhas tradicional (elementos e nós) não é suficiente para tratar malhas adaptativas eficientemente, o que faz necessário um suporte topológico apropriado. Em geral, modelos coesivos de fratura também requerem um alto nível de refinamento de malha, para que resultados precisos sejam obtidos. Isso implica em um consumo de memória e processamento que pode ser proibitivo a estações de trabalho tradicionais. Assim, ambientes paralelos tornam-se importantes na solução de problemas de fraturas. Entretanto, devido às dificuldades de paralelização de modelos extrínsecos, as abordagens existentes utilizam modelos intrínsecos ou implementam simulações extrínsecas baseadas em elementos coesivos pré-inseridos ou representados como atributos de elementos volumétricos. Com o objetivo de viabilizar a simulação de fraturas e fragmentação extrínsecas em grandes modelos de forma simples e eficiente, esta tese propõe o sistema ParTopS, um suporte topológico em paralelo para malhas de elementos finitos em análises dinâmicas de fratura e fragmentação. Em especial, é apresentada uma representação compacta e eficiente de malhas de fraturas distribuídas. Elementos coesivos são representados explicitamente e tratados como elementos regulares da malha. Com base na representação de malha distribuída, propõe-se um algoritmo paralelo escalável para a inserção adaptativa de elementos coesivos em malhas bidimensionais e tridimensionais. Operações topológicas simétricas são exploradas para reduzir a comunicação entre partições de malha. O sistema ParTopS foi empregado na paralelização de simulações sequenciais extrínsecas existentes. A escalabilidade e a corretude do suporte topológico em paralelo são demonstradas através de experimentos computacionais realizados em um ambiente massivamente paralelo. Os resultados alcançados mostram que o sistema ParTopS pode ser aplicado de forma eficaz para viabilizar simulações de grandes modelos.