Modelo visco-hiperelástico baseado em atualizações constitutivas variacionais acoplado à degradação mecânico-química

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fuck, Vinícius Rios
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206188
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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spelling Modelo visco-hiperelástico baseado em atualizações constitutivas variacionais acoplado à degradação mecânico-químicaEngenharia mecânicaViscoelasticidadePolímerosDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.A compreensão da evolução temporal do comportamento mecânico de materiais poliméricos biorreabsorvíveis é uma necessidade decorrente do crescente emprego deles em aplicações médicas. Com esse propósito, este trabalho apresenta a formulação de um modelo constitutivo visco-hiperelástico, para o regime de deformações finitas (característico de polímeros), em que são incluídos, por meio de uma representação fenomenológica, mecanismos acoplados de deformações viscosas, danificações mecânica (dúctil) e química (hidrolítica). Tal formulação é termomecanicamente consistente, por se alicerçar em uma estrutura variacional de atualizações constitutivas, bem como em fundamentos da mecânica do dano contínuo. Para isso, as leis de evolução das variáveis descritoras dos fenômenos dissipativos, são resultantes da minimização de pseudopotenciais em relação às taxas aproximadas delas. Neste modelo, os efeitos viscosos são representados pela deformação inelástica acumulada e por uma função de resistência ao fluxo; a degradação hidrolítica tem sua lei de evolução inspirada em típicas equações de reações químicas; o dano mecânico evolui com base em uma parametrização do clássico modelo de Lemaitre, combinada com uma simples proposta de diferenciação de compressão e tração através das tensões principais. O modelo foi implementado numericamente em um código de elementos finitos acadêmico, o que permite simular geometrias e carregamentos complexos. A capacidade de representar os fenômenos citados de maneira acoplada foi verificada por meio de alguns testes numéricos simples (tração, compressão, relaxação, cisalhamento e flexão), com a discussão de aspectos inerentes ao modelo. Dessa forma, concluiu-se que a presente proposta possui potencial para auxiliar na análise e projeto de implantes fabricados em polímeros biorreabsorvíveis.Abstract : To describe the mechanical performance evolution of bioresorbable polymer materials is a necessity due to their increasing use in medical applications. For this purpose, this work presents the formulation of a visco-hyperelastic constitutive model into a finite deformation regime (usual for polymers), that couples viscous strain, mechanical (ductile) and chemical (hydrolytic) degradation. Such formulation is thermomechanically consistent, as it is based on an update variational constitutive framework, as well as on continuous damage mechanics. To this end, the evolution laws for variables that describe dissipative phenomena result from pseudopotential minimizations towards their respective approximated rates. In this model, the viscous effects are represented by an accumulated inelastic strain and by a flow resistance function; the hydrolytic damage evolution law is inspired on typical chemical reactions equations; the ductile damage evolution is based on a parameterization of the Lemaitre model, combined with a proposal of differentiation between tensile and compressive stresses through the principal stresses. The model was implemented numerically in an academic finite element code, which allows simulate complex geometries and loads. The ability to represent and couple these phenomena was verified through some simple numerical tests (traction, compression, relaxation, shear and bending), with a discussion of inherent aspects of the model. Thus, the current proposal has potential to assist analysis and design of bioresorbable polymers implants.Fancello, Eduardo AlbertoCastro, Paulo Bastos deUniversidade Federal de Santa CatarinaFuck, Vinícius Rios2020-03-31T14:57:40Z2020-03-31T14:57:40Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis160 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf360594https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206188porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T14:57:41Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/206188Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T14:57:41Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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