Produção Científica - Teses e Dissertações

Tipo do trabalho
Título Estudo numérico-experimental da fadiga em concretos submetidos a compressão cíclica: proposição de um modelo de dano acumulado
Resumo O mecanismo de degradação do concreto por fadiga está relacionado à deterioração e à danificação do compósito quando submetido a carregamentos cíclicos. De modo geral, a deterioração do material observada em estudos experimentais, conduzidos com cargas cíclicas, ocorre de forma análoga aos ensaios com cargas estáticas. No entanto, o modo de propagação das fissuras, a velocidade de propagação e o dano podem ser diferentes em função da amplitude e da taxa de carregamento. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivos a investigação experimental do comportamento do concreto na fadiga à compressão, e o desenvolvimento de formulações analíticas e de modelos numéricos que subsidiem análises de previsão da vida útil à fadiga e na avaliação do nível de dano acumulado nos ciclos de carregamento. No estudo experimental, são avaliados concretos com três classes de resistência (30, 50 e 70 MPa) e distintas configurações de carregamento. As cargas impostas consideram três diferentes frequências (0,125, 0,25 e 0,5 Hz) com dois níveis de tensão máxima (50% e 70% da resistência à compressão). Dos resultados obtidos experimentalmente, foi possível avaliar a influência dos parâmetros investigados, demonstrando a necessidade da incorporação dos mesmos nos estudos e desenvolvimento de modelos da vida útil à fadiga do concreto. As formulações desenvolvidas são acopladas a um código numérico gerado via Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP), sob formulação Lagrangeana total, com lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e comportamentos não linear geométrico e físico. A não linearidade geométrica é inserida de modo natural pelo MEFP. Para a representação da não linearidade física, o modelo de dano de Mazars é utilizado, conduzindo algumas modificações na sua implementação para que fosse possível representar carregamentos cíclicos. Acrescenta-se que uma abordagem numérica inovadora, baseada na técnica de embutimento, foi empregada para criar malhas fantasmas, onde o tempo de processamento da análise mecânica é significativamente otimizado. Quanto aos modelos desenvolvidos e implementados, os mesmos foram avaliados por meio de dez exemplos numéricos, onde os resultados demonstram a aplicabilidade das formulações propostas e que os códigos gerados se apresentam como ferramentas alternativas e eficientes para a simulação do concreto considerando a fadiga na compressão cíclica.
Palavras-chave Compressão cíclica; fadiga no concreto; dano acumulado; modelagem numérica; método dos elementos finitos.
Title Numerical-experimental study of concrete fatigue due to cyclical compression: proposal of an accumulate damage model
Abstract The concrete degradation mechanism due to fatigue is related to the deterioration and the damage of the composite when subjected to cyclic loading. In general, the deterioration of the material observed in experimental studies, which were conducted with cyclic loading, occurs in a similar way to tests with static loads. However, the cracking propagation mode, the propagation velocity and the damage can be different depending on the amplitude and loading rate. In this context, the present work has as objectives the experimental investigation of the behaviour of the concrete under compression fatigue, and the development of analytic formulations and numerical models that analize the fatigue life and accumulated damage due to cyclic loading. Concretes with three different compressive strengths (30, 50 and 70 MPa) and distinct loading configurations are evaluated in the experimental study. The imposed loadings consider three different frequencies (0.125, 0.25 e 0.5 Hz) with two levels of maximum stress (50% e 70% of the compressive strength). From the experimental results, it was possible to evaluate the influence ofthe parameters investigated, demonstrating the necessity to incorporate them into the models of the concrete fatigue life. The developed formulations are coupled to a numerical of Positional Finite Element Method (MEFP, in Portuguese), under total Lagrangian formulation, with Saint-Venant-Kirchhoff constitutive law and geometric and physical nonlinear behaviour. The geometric nonlinearity is naturally introduced by the MEFP. For physical nonlinearity representation, the Mazars damage model is used, conducting some modifications in its implementations allowing the representation of cyclic loads. Besides, a novel numerical approach, based on the embedding technique, was used to create a hidden mesh, where the processing times of the mechanical analysis are significantly optimized. The developed and implemented models were evaluated through ten numerical examples, where the results show the applicability of the proposed formulations and that the generated codes are presented as alternative and efficient tools for the concrete simulation considering fatigue in cyclic compression.
Keywords Cyclical compression; concrete fatigue; accumulate damage; numerical modeling; finite element method.
Autor FÉLIX, Emerson Felipe
Orientador CARRAZEDO, Rogério
Data 18 de Abril de 2022
Área Materiais e Mecânica dos Materiais
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