UM MODELO NUMÉRICO PARA SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE FISSURAÇÃO EM MEIOS PARCIALMENTE FRÁGEIS

  • Leandro Lopes da Silva Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
  • Roque Luiz da Silva Pitangueira Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
  • Samuel Silva Penna Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
  • Felício Bruzzi Barros Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.

Resumo

Este artigo apresenta um modelo numérico para simulação do processo de fissuração em meios parcialmente frágeis. A análise fisicamente não linear se inicia empregando-se o Método dos Elementos Finitos Padrão - MEF, com o qual se simula a degradação inicial do meio de forma distribuída por meio de modelos constitutivos que consideram que o meio, apesar de degradado, permanece contínuo. O estágio limiar de nucleação de fissuras é indicado pela singularidade do tensor acústico, característica que fornece a condição clássica de localização de deformações. A presença das trincas é simulada com método cinemático que incorpora as descontinuidades por meio de interpolações enriquecidas, com base no Método dos Elementos Finitos Generalizados - MEFG, ao passo que a propagação destas trincas é também indicada pela singularidade do tensor acústico. As forças de coesão atuantes nos planos das trincas são simuladas ao se incorporar ao processo de enriquecimento um modelo constitutivo discreto, que consiste na relação entre tensões e deslocamentos no caminho da trinca e baseia-se no conceito de fissura coesiva. Este modelo apresenta a vantagem da não necessidade de definição prévia da região de nucleação e do caminho da trinca ou de redefinição da malha durante o processamento. As implementações foram realizadas na plataforma INSANE - Interactive Structural ANalysis Environment. Palavras-chave: processo de fissuração, degradação distribuída, nucleação de fissuras, MEFG, propagação de trincas. A NUMERICAL MODEL FOR SIMULATION OF CRACKING PROCESS IN QUASI-BRITTLE MEDIUM ABSTRACT This paper presents a numerical model for simulation of cracking process in quasi-brittle medium. The physically nonlinear analysis begins using the Standard Finite Element Method - FEM, through which the initial medium degradation is simulated in a distributed manner employing constitutive models that consider the medium, even though degraded, remains continuous. The threshold stage of cracks nucleation is indicated by singularity of the acoustic tensor, which provides the classical strain localization condition. The presence of cracks is simulated through kinematic method that incorporates the discontinuities by using enriched interpolations based on the Generalized Finite Element Method - GFEM, whereas the cracks propagation is also indicated by singularity of the acoustic tensor. The cohesive forces acting on the crack plane are simulated incorporating to the enrichment process a discrete constitutive model, which is the relationship between stresses and displacements in the crack path and is based on the concept of cohesive crack. This model has the advantage of not having to pre-set nucleation region and crack path nor having to redefine the mesh during processing. The implementations have been performed on the INSANE - Interactive Structural ANalysis Environment platform. Keywords: cracking process, distributed degradation, cracks nucleation, GFEM, cracks propagation.

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Biografia do Autor

Leandro Lopes da Silva, Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
Engenheiro Civil; Mestre em Engenharia de Estruturas; Doutorando em Engenharia de Estruturas.
Roque Luiz da Silva Pitangueira, Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
Engenheiro Civil; Doutor em Engenharia de Estruturas; Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais.
Samuel Silva Penna, Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
Engenheiro Civil; Doutor em Engenharia de Estruturas; Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais.
Felício Bruzzi Barros, Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais - Avenida Antônio Carlos 6627, Pampulha, CEP. 31270-901, Belo Horizonte, MG, Brasil.
Engenheiro Civil; Doutor em Engenharia de Estruturas; Professor do Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade Federal de Minas Gerais.
Publicado
2017-03-24
Seção
Engenharia Civil