Development and validation of a new molecular method

Computer Aided Engineering software have reached a level of precision that allows the simulation of a great variety of phenomena, as an alternative to the experimental tests, thus reducing the costs, in terms of time and money, for the development of engineering projects. However, when the hypothesis of continuum of the Finite Element Method is not satisfied, these software cannot be used. Molecular Dynamics and Discrete Element Method overcome this limit modeling the real molecules or concentrated masses and the interaction among them, but the computational power required often limits the application of these methods to space and time scales not compatible with the engineering field. The argument of this Thesis is the development of a new molecular method for structural analysis based on the removal of the hypothesis of continuum and on a simplified model of the interactions among concentrated molecules. The validation procedure consists of a graphical comparison of the results, obtained from an experiment of traction until breaking of a specimen and its simulation, computed in MSC Adams/View on a model implemented in the command language of the software. The results obtained are satisfactory, despite some difficulties in reducing numerical instabilities. Significant improvements are conceivable with further development.

I software di Computer Aided Engineering hanno raggiunto un livello di precisione tale da consentire la simulazione di un grande varietà di fenomeni, in alternativa ai test sperimentali, così riducendo i costi, in termini di tempo e denaro, per lo sviluppo di progetti in campo ingegneristico. Tuttavia, se l’ipotesi del continuo del Metodo agli Elementi Finiti non è soddisfatta, questi software non possono essere usati. Il metodo Molecular Dynamics e il Metodo agli Elementi Discreti superano questo limite, modellando le reali molecole o delle masse concentrate e le interazioni fra di esse, ma il costo computazionale richiesto spesso limita l’applicazione di questi metodi a scale spaziali e temporali non compatibili con il campo ingegneristico. L’argomento di questa Tesi è lo sviluppo di un nuovo metodo molecolare per l’analisi strutturale, basato sulla rimozione dell’ipotesi del continuo e su un modello semplificato delle interazioni tra masse concentrate. La procedura di validazione consiste in un confronto grafico dei risultati, ottenuti da un esperimento di trazione fino a rottura di provino e dalla sua simulazione, svolta in MSC Adams/View su un modello implementato nel command language del software. I risultati ottenuti sono soddisfacenti, nonostante alcuni problemi nella riduzione di instabilità numeriche. Sono ipotizzabili significativi miglioramenti con ulteriori sviluppi.