Simulação de Fraturamento em Materiais Coesivos Utilizando Elementos de Interface por meio do Método dos Elementos Finitos


Estela Mari Ricetti Bueno
CAPES-EPUSP-1997-1999
Orientação: Prof. Dr.Túlio Nogueira Bittencourt


v Objetivo
 

 O objetivo  deste projeto é apresentar a proposta de dissertação de mestrado desenvolvida no Laboratório de Mecânica Computacional (LMC) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Este trabalho envolve a implementação de fraturamento elasto-plástico bidimensional para pequenas deformações, mediante condição de fissura inicial e propagação automática, em materiais  coesivos utilizando os conceitos de Mecânica do Fraturamento através do Método dos Elementos Finitos no programa QUEBRA2D (responsável pela interface gráfica) e FEMOOP(“Finite Element Method - Object Oriented Programming”) . Serão utilizados os métodos de Mecânica do Fraturamento não-linear como J-integral e o modelo de Dugdale.  Serão implementados elementos de interface que simulam abertura e escorregamento entre as faces da fissura com o efeito de "softning". Os resultados que serão obtidos são todas as informações referentes aos estados de tensão e deformação do corpo, capturando também  o efeito de “snap-back” na curva carga deslocamento, e além disso, a representação gráfica do fraturamento.


v Resumo
A implementação computacional proposta neste projeto constitui uma ferramenta muito útil para cálculos de peças com fraturamento coesivo exclusivamente bidimensionais.
A etapa de cálculo será desenvolvida no programa FEMOOP, utilizando muitas funções já disponíveis e bibliotecas de plasticidade,  implementando modelos constitutivos  e incluindo elementos de interface(“gap” e “sliding”). A metodologia de programação empregada no FEMOOP garante grande versatilidade  e independência entre os objetos inseridos.
A outra parte do trabalho que envolve a interface gráfica com o usuário, desde a entrada de dados até a representação dos resultados será feita através do aplicativo QUEBRA2D, que tem sido desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RIO) pelo  pesquisador Carlos Vitor de Alencar sob orientação do Prof. Dr. Luís Fernando Martha.  No projeto é previsto a implementação do acoplamento entre o QUEBRA2D e o FEMOOP, tanto para fornecimento dos dados do problema, que entram através da interface gráfica do QUEBRA2D e devem ser passados para o módulo de cálculo do FEMOOP, como para a devolução de resultados numéricos do FEMOOP que deverão ser visualizados através das ferramentas gráficas do QUEBRA2D. O programa QUEBRA2D  é capaz de realizar estas funções para casos que envolvem Mecânica  da Fratura Elástica Linear (MFEL).
 A proposta deste trabalho é desenvolver todas as rotinas computacionais necessárias para viabilizar a utilização do QUEBRA2D em conjunto com o FEMOOP para o cálculo de fraturamento em regime elasto-plástico  restrito a pequenas deformações com imposição da fissura inicial e propagação automática.
O modelo de Dugdale generalizado para fraturamento coesivo propõe a existência de uma fissura coesiva fictícia, em uma região de deformações inelásticas pequenas devido à micro-fissuração, ao longo da qual ocorre um descarregamento progressivo(“softening”). Esta zona de micro-fissuração é estreita e para efeitos de cálculo sua ponta fictícia passa a ser a nova ponta de fissura considerada .
 
Modelo de fissura coesiva



v Bibliografia Fundamental
1  - Fracture Mechanics : Fundamentals and Applications ;Anderson,T.L., 1995, CRC Press
2  - Elementary and Fatigue Control in Structures: Applications of Fracture Mechanics; Stanlley Rolfe and John Barson, 1997, Prentice Hall
3  - Mechanics of Solid Materials ; Lemaitre, J. e Chaboche, J.L., 1990, Cambridge University Press
4  - Advanced Fracture Mechanics ; Kanninen, Malvin F. e Popelar, Cral H., 1985, Oxford University Press e Clarendon Press
5  -  A course on Damage Mechanics ;  Lemaitre, J. , 1996, Second Edition, Springer Verlag
6  - Plasticity Theory ; Lubliner, J., 1990, Macmillan Publishing Company
7  - Foundations of Solid Mechanics ; Fung, Y. C., 1965, Prentice Hall
8  - An Introduction to Continuum Mechanics ;  Gurtin, M. E. , 1981, Academic Press
9  - Finite Element Method; Bathe, K. J., 1996, Prentice Hall
10 - Computer Graphics: Principles and Practice; Foley, J.D. , Dam, A. van, Feiner,S.K. e Hughes, J.F., 1990, Addison-Wesley Publishing Company
11 - Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures; Crisfield, M.A., 1991, vol. 1 e 2, John Willey & Sons

E-mail: ebueno@usp.br 

Volta à página principal do LMC     Última atualização em 12/03/1998.