Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma nova formulação unificada para análises tridimensionais transientes de sólidos, fluidos e interação fluido-estrutura empregando-se uma abordagem posicional do Particle Finite Element Method (PFEM). Por se tratar de uma formulação unificada, o mesmo processo de solução é utilizado para ambos os materiais, enquanto as particularidades de cada um são introduzidas por meio de um modelo constitutivo adequado. Os escoamentos de fluidos são considerados incompressíveis e Newtonianos, ao passo que um modelo hiperelástico de Saint-Venant-Kirchhoff é adotado para os sólidos. Para contornar as restrições impostas pela condição de Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi ao simular problemas incompressíveis com funções de forma de mesma ordem para posição e pressão, a técnica de estabilização Pressure Stabilizing Petrov-Galerkin (PSPG) é empregada. Dada a forma como o mapeamento das posições atuais é realizado, a não linearidade geométrica é naturalmente introduzida na cinemática do problema, tornando a formulação ideal para análises em regime de grandes deslocamentos. A integração temporal é realizada por meio do método ?-generalizado, possibilitando a convergência de segunda ordem e garantindo a estabilidade devido ao seu controle sobre as dissipações numéricas introduzidas. O movimento ambos os meios é descrito em referencial Lagrangiano, o que permite, de forma natural, simular sólidos deformáveis e escoamentos de superfície livre, onde os nós da malha coincidem com as partículas que estão se movimentando. Entretanto, escoamentos de superfície livre podem induzir severas distorções no domínio computacional comprometendo a qualidade da malha. Combina-se então a formulação do Método dos Elementos Finitos (MEF) com um processo periódico de identificação da superfície livre e reconstrução da malha, permitindo, inclusive, análises com separação de domínios e mudança topológica. O acoplamento entre os dois meios é realizado de forma monolítica, ou seja, em um mesmo sistema linear. O contato entre os dois domínios é identificado automaticamente durante o processo de identificação dos contornos do fluido, o que torna bastante simples a implementação do processo. Por fim, são apresentados diversos exemplos de verificação em cada etapa deste trabalho, comprovando a aplicabilidade, consistência e versatilidade da formulação desenvolvida

This work presents the development of a new unified formulation for tridimensional transient analysis of solids, fluids and fluid-structure interaction by means of a position-based Particle Finite Element Method (PFEM). As expected from an unified formulation, the same solution scheme is applied to solve both solid and fluid problems. The particularities from each material are introduced in the numerical method by choosing proper constitutive models. Fluid flows are assumed to be incompressible and Newtonian, while the hyperelastic Saint-Venant-Kirchhoff model is adopted for solids. To circumvent the Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi restrictions, a pressure stabilizing Petrov-Galerkin technique is employed. The geometric non-linearity is naturally included in this formulation in the current positions mapping, making it ideal for large displacement analyses. The implicit ?-generalized strategy is chosen to perform the time integration, enabling second order convergence and ensuring good stability due to the numerical dissipation control. The particles motion is described in a Lagrangian fashion, allowing the simulation of deformable solids, and free surface flows, where the moving particles coincide to the mesh nodes. However, free surface flows may induce severe distortions in the computacional domain degrading mesh quality. In this sense, we combine the traditional FEM to a periodic remesh and boundary detection algorithm, making possible to analyse problems with large domain distortion, including topological changes like domain division and merging. The fluidstructure coupling is performed in a monolithic scheme, which means that both domains are solved in the same linear system. There is no need to implement an additional fluid-solid contact algorithm, as it is automatically detected during the fluid’s boundary identification. A variety of validation examples is presented in each section of this work, testifying the applicability, consistency and versatility of the proposed approach.