Modelagem micromecânica da fratura dútil e aplicações à integridade estrutural

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Título:
Modelagem micromecânica da fratura dútil e aplicações à integridade estrutural
Autor: Claudio Ruggieri 1960-
Assuntos: ESTRUTURAS OCEÂNICAS; MECÂNICA DA FRATURA
Notas: Tese (Livre Docência)
Descrição: Este trabalho apresenta recentes desenvolvimentos em modelagem micromecânica acoplada a procedimentos computacionais adequados para simular a extensão dútil de trincas sob Modo I de deformação em um contexto 3D. A filosofia adotada para o desenvolvimento metodológico emprega o conceito de células computacionais para definir o mecanismo de crescimento de microcavidades confinado dentro de uma camada material simetricamente localizada no plano da trinca macroscópica. Esta camada material possui espessura D, o qual possui certa conexão física com o espaçamento médio das (grandes) inclusões responsáveis pela nucleação das microcavidades e, portanto, define a dimensão linear (length scale) sobre a qual o dano material ocorre. Dentro deste modelo, a camada material à frente da trinca define a Zona de Processo para Fratura Dútil (ZPFD) discretizada em células cúbicas possuindo uma microcavidade (unitária) com porosidade (fração volumétrica) inicial ´porosidade inicial´, onde ´porosidade inicial´ é definido como a relação entre o volume incial da cavidade e o volume da célula. Numericamente, o crescimento progressivo da microcavidade e o subseqüente dano material em cada célula são descritos pelo modelo constitutivo de Gurson-Tvergaard. O crescimento e a coalescência das microcavidades dentro da ZPFD provocam a redução das forças que esta camada exerce sobre o material adjacente permitindo, portanto, o avanço e extensão dútil da trinca. Os procedimentos
computacionais necessários à implementação numérica desta metodologia provam ser excepcionalmente robustos e eficientes, condições necessárias para a execução de análises refinadas em contexto 3D. As diversas aplicações exploratórias apresentadas neste trabalho demonstram a habilidade do modelo micromecânico, em conjunção com análises numéricas não lineares refinadas através do Método de Elementos Finitos, para descrever detalhadamente o problema da fratura dútil em ) sólidos e estruturas elasto-plásticos. Em particular, a transferência de curvas R entre corpos de prova SE(B) com diferentes relações ´tamanho da trinca/´largura da amostra ou corpo de prova´ é estabelecida com surpreendente precisão eliminando-se, portanto, a dependência das curvas de resistência ´Integral J´-´Extensão dútil; crescimento estável da trinca´ sobre a geometria destas amostras. A descrição numérica da frente (espacial) de propagação de trinca (crack front tunneling) em um corpo de prova C(T) é também obtida com excelentes níveis de detalhes. Estudos exploratórios adicionais envolvem a previsão da pressão de colapso de dutos longitudinalmente pré-trincados e a simulação do comportamento dútil de barras cilíndricas submetidas à tração. Em ambos os casos, o modelo micromecânico incorporando células computacionais captura os aspectos essenciais à descrição do fenômeno de propagação estável de trincas com potenciais extensões à avaliação da integridade mecânica de estruturas danificadas.
Finalmente, o modelo de células computacionais é utilizado para descrever pequenas extensões dúteis (´Extensão dútil; crescimento estável da trinca´ ´aproximadamente´ 1MM) que freqüentemente procedem a fratura frágil (clivagem transgranular) de aços ferríticos de alta tenacidade operando dentro da região de transição frágil-dútil. A inclusão do crescimento de trincas em modelos micromecânicos para fratura frágil prova ser essencial para a correta previsão da tenacidade em componentes estruturais. Este estudo mostra de forma convincente a potencialidade da metodologia micromecânica incorporando células computacionais como uma ferramenta de engenharia robusta para análises de falhas sob regime dútil em componentes estruturais contendo defeitos. Tal metodologia é naturalmente acoplada à modelagem e simulação numérica em larga escala de sólidos e estruturas 3D contendo fissuras e defeitos sob regimes ) diversos para produzir um procedimento realista de avaliação da integridade de estruturas críticas
Data de criação/publicação: 2001
Formato: 127 p.
Idioma: Português

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Modelagem micromecânica da fratura dútil e aplicações à integridade estrutural

Claudio Ruggieri 1960-

2001

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