Obtenção do fator de intensidade de tensão utilizando várias formulações via método dos elementos finitos

Abstract

A importância da análise de integridade estrutural considerando a existência de trincas dentro das estruturas tem crescido substancialmente nos últimos anos. Seguindo essa tendência, o Departamento de Engenharia Civil da UnB inicia com o presente trabalho uma linha de pesquisa na investigação e análise da integridade de estruturas. Para as situações onde o escoamento do material na ponta da trinca é muito pequeno, a análise elástica linear indica que os campos de tensão e deslocamentos na ponta da trinca são singulares, e dependem de um parâmetro conhecido como fator de intensidade de tensão, K. Além dos métodos experimentais para a obtenção de K, existem várias formulações numéricas e analíticas para a avaliação do fator de intensidade de tensão. As formulações analíticas apresentam o inconveniente de estarem limitadas a um pequeno número de casos. Neste contexto, as técnicas numéricas despontam como ferramentas rápidas, econômicas e eficientes na determinação de K. Dentre as técnicas numéricas, destacam-se aquelas que se baseiam no MEF e no MEC. As mais utilizadas técnicas com o MEF são aquelas que calculam o fator de intensidade de tensão através da extrapolação de valores nodais, cálculo da integral J e cálculo da taxa da energia de deformação elástica liberada. No presente trabalho, desenvolveu-se um código computacional, FRACTIS, capaz de calcular o fator de intensidade de tensão, via MEF, utilizando as três diferentes técnicas numéricas citadas no parágrafo anterior. Foi escolhido o elemento isoparamétrico de Bar- soum para modelar os campos singulares de tensão e deslocamentos que surgem na ponta da trinca. Na parte final desse trabalho, testou-se o código FRACTIS para cinco diferentes situações estruturais, contendo diferentes configurações de trinca. Os resultados obtidos permitem comparar a eficiência das três diferentes técnicas, assim como também verificar a validade do código FRACTIS para os casos de trincas em elasticidade plana. As conclusões oriundas da análise dos resultados são apresentadas no último capítulo dessa dissertação, onde também se encontram as sugestões para a realização de trabalhos futuros.