Continuum damage evaluation and homogenization process in quasi-fragile materials simulated using a lattice discrete element method

• Autor(a) principal: Giordani, Gustavo
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/212173
• topic: Método dos elementos discretos; Mecânica do dano contínuo; Mecânica da fratura; Homogeneização; Lattice discrete element method (LDEM); Damage mechanics; Fracture mechanics; Homogenization process; Nonproportional load

Conhecer, predizer e modificar como estruturas atingem o colapso é um desafio para a engenharia e também uma chave tecnológica no desenvolvimento de estruturas. Entre os materiais utilizados, aqueles que possuem comportamento dúctil, como é o caso de metais, apresentam um processo de dano que é estudado dentro da teoria da plasticidade, permitindo manter a hipótese dos meios contínuos até determinado grau de deterioração. No caso de matérias quasi-frágeis, como é o caso de cerâmicos, alguns tipos de rochas e concreto, a hipótese de modelos utilizados em materiais dúcteis é no mínimo discutível quando o nível de dano está em elevados patamares, havendo neste caso fenômenos particulares, como a localização, a iteração entre clusters de microfissuras e o efeito de escala, entre outros. É de interesse relacionar os resultados obtidos dentro do âmbito da mecânica do contínuo com teorias que preveem um conjunto de descontinuidades que podem crescer e interagir. Notavelmente, métodos alternativos baseados na mecânica do descontínuo tem apresentado resultados promissores. Neste cenário, o domínio é representado por nós vinculados entre si por funções de interação baseados em campos de forças. Estes métodos permitem incorporar naturalmente o dano e/ou a fratura. Na presente dissertação, uma versão do método dos elementos discretos é aplicada primeiramente para simular campos descontínuos que tem solução analítica conhecida dentro da mecânica do contínuo. Os parâmetros convencionalmente empregados na mecânica do contínuo e os conceitos de micromecânica são empregados para permitir comparações entre a solução analítica (mecânica do contínuo) e a extraída numericamente (modelo discreto). O efeito da mudança do número de trincas e de seus respectivos tamanhos é também estudada. Numa segunda aplicação, o modelo discreto é submetido a danos progressivos devido a carregamentos cíclicos proporcionais e não-proporcionais, permitindo avaliar como as propriedades mecânicas se degeneram ao longo do tempo. Por fim, é feito um estudo mostrando o efeito da subdivisão do domínio discreto, observando-se o erro associado ao se realizar este tipo de procedimento. Diversas observações feitas durante o trabalho permitem verificar não só a validade da metodologia, mas também interpretar os resultados obtidos dentro de cada teoria.