Efeito de escala em provetes de geometria TDCB: comportamento da curva-R

• Autor(a) principal: Meireles, António José Oliveira
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10348/4368
• topic: Mecânica da fratura; Resistência dos materiais

Em estruturas entalhadas, o comportamento à fratura de materiais quase frágeis como a madeira, o osso, o betão, o gelo glaciar, algumas argilas, entre outros, é caracterizado pela formação de uma zona de dano localizada na extremidade da fenda, de dimensões não negligenciáveis quando comparadas com as da estrutura. Nessa zona de dano, designada por zona de processo de fratura (ZPF), ocorrem vários mecanismos de endurecimento, tais como micro fendas, ramificação de fendas ou pontes de fibras, responsáveis pela redistribuição das tensões locais, favorecendo a dissipação de energia na frente de fenda. Estes fenómenos de degradação localizada são responsáveis pelo desenvolvimento de uma curva de Resistência, que permite estimar, em regime estacionário, a taxa crítica de libertação de energia de fratura GRc. Uma limitação que resulta diretamente do desenvolvimento da ZPF é a impossibilidade de se medir o comprimento de fenda real. Assim, a Teoria da Mecânica da Fratura Linear Elástica nestes casos não tem validade, pelo que se impõe a utilização de métodos alternativos baseados no conceito de fenda equivalente, no sentido de descrever os fenómenos de degradação observados no material. A rotura de materiais quase frágeis ocorre, frequentemente, na extremidade de entalhes pontiagudos (i.e descontinuidades geométricas resultantes dos processos de fabrico). Nestes casos, a aplicação dos critérios convencionais baseados na Teoria da Resistência dos Materiais origina o aparecimento de singularidades nos campos de tensão (i.e, as tensões tendem para infinito), o que obviamente não retrata a realidade física. Por outro lado, o uso de critérios puramente baseados na Mecânica da Fratura está dependente da existência de uma fenda ou defeito no material, cuja localização poderá não ser óbvia numa estrutura real. Assim, adquire especial relevo a aplicação de modelos coesivos, que permitem ultrapassar as desvantagens inerentes à aplicação da Teoria da Resistência dos Materiais e da Mecânica da Fratura. De facto, estes modelos recorrem à Teoria da Resistência dos Materiais para simular a iniciação do dano, e à MF para lidar com a sua propagação. Torna-se assim desnecessária a consideração de um defeito inicial, e os problemas associados às singularidades dos campos de tensão são assim minimizados. Os modelos coesivos baseiam-se numa relação que traduz a redução progressiva das tensões ( σ ) em função dos deslocamentos relativos entre as faces de uma fenda (w), simulando assim uma degradação progressiva das propriedades do material. Consequentemente, a determinação da lei coesiva ( σ = f (w) ) é fundamental para o correto dimensionamento de estruturas de madeira. Neste trabalho realizou-se um estudo experimental envolvendo a geometria tapered double cantilever beam (TDCB), tendo em vista a avaliação da taxa crítica de libertação de energia em modo I, GRc, com o propósito de avaliar a eventual existência de efeito de escala sobre GRc. Para o efeito, escolheu-se a madeira de pinho marítimo (Pinus pinaster Ait.) como material de teste, tendo-se ensaiado provetes geometricamente semelhantes (dimensões homotéticas), com dimensões distintas, cobrindo um rácio dimensional (size range) de 1:2,25. Utilizaram-se algoritmos genéticos (AG) no sentido de identificar os parâmetros da lei de dano de Petersson (lei bilinear), por combinação de informação numérica, dada pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), com informação experimental, obtida nos ensaios de fratura (i.e, curvas força-deslocamento). Para além deste procedimento, pôs-se em prática um método de identificação da lei de dano do material, por aplicação técnica de correlação digital de imagem (CDI). Os resultados providenciados pelos dois métodos (i.e, AG e CDI) foram posteriormente comparados.