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Type: Dissertação
Title: Modelagem de fratura através do método de campo de fase visando aplicações em géis poliméricos
Author(s)/Inventor(s): Aguiar, Thiago Barreto de
Advisor: Duda, Fernando Pereira
Abstract: Apresentam-se nesta dissertação as modelagens teórica e numérica que descrevam o processo de fratura em corpos elásticos, desde sua nucleação até a propagação e ramificação de trincas. A motivação deste trabalho reside nas potencialidades de aplicações que possuem os géis poliméricos, que assim como outros materiais com conteúdo fluido interno à sua rede sólida, quando são postos a secar, podem vir a fraturar devido as tensões residuais do processo. A formulação teórica do problema se apoia no arcabouço da termodinâmica do contínuo, gerando assim equações de balanço e constitutivas termodinamicamente consistentes para corpos contínuos sob efeitos mecânicos, difusivos e microestruturas. Para a descrição da teoria de mudanças microestruturas, utiliza-se como base os recentes modelos de campo de fase para fratura, que representam um grande avanço para a solução numérica destes problemas. Finalizada a base teórica, definem-se os problemas a serem superados para atingir o objetivo do trabalho partindo da hipótese que o processo de secagem geraria tensões residuais no corpo. O primeiro deles se baseia no problema padrão do primeiro modo de fratura em que verifica-se numericamente a intensa regeneração do corpo em regiões afastadas da trinca. Sabendo que uma hipótese comum deste processo é a irreversibilidade do dano, desenvolve-se uma formulação própria que reduza as taxas de regeneração da simulação. Ao avaliar a aplicabilidade desta formulação, define-se o problema final de fratura sob tensões residuais em corpos reais, que possuem heterogeneidade em sua composição. Descreve-se numericamente tal característica, ao se considerar condições iniciais aleatórias de dano na variável adicional do problema microestrutural.
Abstract: This dissertation presents theoretical and numerical modeling that describes the fracture process in elastic bodies, from their nucleation to the propagation and branching of cracks. The motivation of this work lies in the potential of applications that polymer gels have, which like other materials with fluid content internal to their solid network, when they are put to dry, may suffer fracture due to residual stresses of the process. The theoretical formulation of the problem rests on the framework of the continuum thermodynamics, thus generating thermodynamically consistent balance and constitutive equations for continuous bodies under mechanical, diffusive and microstructural effects. For the description of the theory of microstructural changes, the recent phase-field models for fracture, which represent a major advance for the numerical solution of these problems, are used as a basis. After finishing the theoretical basis, the problems to be overcome to reach the objective of the work are defined, assuming that the drying process would generate residual stresses in the body. The first one of them is based on the standard problem of fracture mode 1, where the intense regeneration of the body in regions far from the crack is verified numerically. To overcome this theoretical inconsistency, a formulation is developed that takes into account the hypothesis of irreversibility of the damage in the body. To evaluate the applicability of this formulation, the final fracture problem is defined under residual stresses in real bodies, which have heterogeneity in their composition. Numerically, such characteristic is described by considering initial random conditions of damage in the additional variable of the microstructural problem. To solve computationally all the problems defined, a personal numerical code is developed based on an open package of finite elements written in Python.
Keywords: Modelagem de fratura
Géis poliméricos
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Aug-2018
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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