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2000_JaquelineMoreiradeSouzadeMedeiros.pdf
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Título: Obtenção do fator de intensidade de tensão utilizando varias formulações com o método dos elementos de contorno
Autor(es): Medeiros, Jaqueline Moreira de Souza De
Orientador(es): Bezerra, Luciano Mendes
Assunto: Engenharia de estruturas
Elasticidade
Método dos elementos de contorno
Data de publicação: 2-Abr-2020
Referência: MEDEIROS, Jaqueline Moreira de Souza De. Obtenção do fator de intensidade de tensão utilizando várias formulações com o método dos elementos de contorno. Brasília , 2000. xiv, 100 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil)—Universidade de Brasília, Brasília, 2000.
Resumo: A Mecânica da Fratura surgiu da necessidade de prever acidentes inesperados e entender porque estes acidentes ocorriam mesmo com tensões abaixo das tensões de projeto. Alguns destes acidentes, com tensões abaixo das tensões críticas esperadas, foram devidos à presença de defeitos, falhas ou trincas pré existentes no material utilizado, muitas vezes defeitos inerentes ao próprio processo de fabricação. Prever, portanto, a criticalidade destes defeitos é uma tarefa importante para se decidir sobre a integridade de uma estrutura. A Mecânica da Fratura surgiu com o objetivo de determinar o limite de capacidade de carga, ou determinar a dimensão crítica que um defeito pode apresentar sem que uma estrutura entre em colapso. O parâmetro mais importante definido pela Mecânica Elástica Linear da Fratura é o Fator de Intensidade de Tensão “K” que descreve a magnitude do campo de tensões existentes na vizinhança da ponta de uma trinca. O valor crítico de “K” é uma característica intrínseca ao material e está ligado a tenacidade à fratura daquele material. Na prática a determinação do fator “K” é muito importante pois permite prever se uma estrutura está a ponto de entrar em colapso ou não. Diversos são os meios simplificados para se obter ”K”. Entre eles podemos citar os métodos experimentais e os métodos numéricos. Diversos também são os manuais que apresentam fórmulas simplificadas para a avaliação aproximada de “K”. Na prática, nem sempre a configuração trincada que se deseja avaliar pode ser encontrada em manuais. Nestes casos, os métodos experimentais ou numéricos tornam-se opções utilizadas para se avaliar o valor de “K”. Apesar de algumas vantagens sobre os métodos numéricos, os métodos experimentais são geralmente caros e exigem mais tempo. Já os métodos numéricos, quando comprovadamente testados, podem ser empregados de forma rápida, precisa e geralmente são fáceis de usar. E com o objetivo de prover formulação confiável para obtenção numérica do parâmetro “K” da Mecânica da Fratura que este trabalho se apresenta. Neste trabalho, o Método dos Elementos de Contorno (MEC) é utilizado como ferramenta numérica para a determinação do Fator de Intensidade de Tensão “K” utilizando diversas técnicas numéricas, tais como, extrapolação de deslocamento, taxa de energia potencial dissipada e cálculo da Integral-J através do uso de sensibilidades. Neste trabalho mostra-se que o MEC é uma ferramenta numérica acessível e que apesar da dificuldade matemática pode ser utilizado de forma econômica, pois exige menor tempo na preparação dos dados e menor esforço computacional, por diminuir de um a dimensionalidade do problema.
Abstract: Fracture Mechanics emerged as a need to explain some accidents that took place in Structures working with stress levels below the allowable stress values adopted in the projects. Some of these accidents, with stresses below the critical values, were due to defects, flaws or cracks present in the structure material. Sometimes those defects were inherent to the own production process of the material. When analyzing the integrity of a structure, it is an important task to anticipate how critical an existing defect can be. One of the objectives of Fracture Mechanics is the determination of the load capacity in a structure carrying a crack, or the knowledge of the maximum dimension that an existing crack may achieve without taking the structure to a collapse. One of the most important parameter of the Linear Elastic Fracture Mechanics is the Stress Intensity Factor "K" that describes the magnitude of the stress field in the vicinity of a crack tip. The critical value of "K" is an intrinsic characteristic of the material and is linked to the material toughness to propagate fracture. In practice the determination of "K" is very important because it allows foreseeing if a structure is in the onset of collapse. There are several techniques to determine "K"; among these techniques we can mention some experimental and numerical approaches. Based on such approaches, several handbooks are also available offering simplifíed formulations for a quick and simplifíed evaluation of "K". However, for some geometric confíguration of cracks encountered in practice one cannot find simplifíed formulations on the handbooks for the determination of "K". In such cases, "K" can only be evaluated by experimental or numerical techniques. In spite of some advantages over numerical techniques, the experimental approaches are usually more expensive and also more time consuming. Therefore, numerical techniques, when suffíciently tested, can easily and quickly be used for the precise determination of "K" for any geometrical confíguration of a crack. This work is presented with the objective of providing a reliable formulation for the numerical determination of "K". Here the Boundary Element Method (BEM) is employed as a numerical tool for the determination of the Stress Intensity Factor "K". We use several numerical techniques, such as, displacement extrapolation, potential energy dissipation and J-Integral with sensitivity. In this work, it is shown that the BEM is an accessible numerical tool and that, despite its mathematical complexity, can be used in an economical way, because it demands less time in the data preparation and less computational effort as the BEM decrease by one the dimensionality of the problem. At the end of this work the effectiveness of the proposed formulations is tested, compared and discussed making use of some classical crack confíguration which precise Solutions for "K" are well known.
Unidade Acadêmica: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2000.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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