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Aplicação da Teoria de Dano na análise do comportamento de materiais compósitos

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Aplicação da Teoria de Dano na análise do comportamento de materiais compósitos

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Título Aplicação da Teoria de Dano na análise do comportamento de materiais compósitos
Outro título Aplicação da teoria de dano na análise do comportamento de materiais compósitos
Autor Pavan, Roberto Carlos
Orientador Creus, Guillermo Juan
Maghous, Samir
Data 2008
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.
Assunto Elementos finitos
Estruturas (Engenharia)
Materiais compositos
Mecânica do dano contínuo
[en] Anisotropic damage
[en] Composite materials
[en] Continuum damage mechanics
[en] Micromechanical
[en] Progressive failure
Resumo A Mecânica do Dano Contínuo (MDC) teve importante desenvolvimento desde os trabalhos iniciais de Kachanov e Rabotnov sendo uma ferramenta prática para considerar processos de danificação em materiais e estruturas em nível de contínuo macroscópico. Neste trabalho, apresenta-se uma aplicação da teoria do dano anisotrópico baseada em teorias desenvolvidas a partir dos trabalhos de Murakami. Nas formulações apresentadas, o tensor de dano de quarta ordem M (que relaciona tensões aplicadas e tensões efetivas) é determinado com base no tensor Ω (densidade de área tridimensional devida ao dano) que, por sua vez, pode ser determinado com base em dados experimentais. São propostas três formulações teóricas que são transformadas em formulações incrementais e incorporadas em um programa computacional de elementos finitos (para placas e cascas laminadas em material compósito) que considera efeitos geométricos não-lineares. A primeira e segunda formulação são casos particulares da terceira formulação que é um modelo termodinâmico tridimensional. As forças termodinâmicas associadas à evolução do tensor de dano são deduzidas a partir da expressão da dissipação intrínseca. Um critério fenomenológico para o dano é proposto. Em consistência com a positividade da dissipação intrínseca é adotada uma regra de normalidade para a evolução da força termodinâmica. Também é proposta, baseada em dados experimentais, uma lei para o encruamento associada ao processo de dano. Os modelos são validados comparando resultados numéricos a soluções analíticas ou a resultados experimentais. A formulação viscoelástica é definida do dano elástico e por componentes viscoelásticas representadas no formato de variáveis de estado e, posteriormente, validadas através de resultados experimentais.
Abstract The Continuum Damage Mechanics (CDM) had important development since the initial works of Kachanov and Rabotnov and constitutes now a practical tool to account for macroscopic damage in materials and structures. In this work, an application of an anisotropic damage theory based in Murakami theory is presented. In the formulations presented here, the fourth order damage tensor M (that relates Cauchy stress and effective stress) is determined on the basis of the tensor Ω (damaged three-dimensional area density) that, can be determined through experimental data. The three theoretical formulations presented here are transformed into incremental formulations and implemented in a finite element program (for plates and shell structures in composite material) taking account of geometrically non-linear effects. The first and second formulations are particular cases of the third formularization that is a tridimensional model for continuous damage formulated. The thermodynamic force associated with the evolution of the damage tensor is deduced from the expression of the intrinsic dissipation. A phenomenological criterion for damage yielding is proposed. In consistence with the positivity of the intrinsic dissipation, a normality rule is adopted for the evolution of the thermodynamic force. In addition, a hardening law associated with the damage process is identified from available experiment results. The models are validated by comparison with closed-form solutions or with experiment results. The viscoelastic formulation is defined through damage elastic and viscous components and set in a state variables format and then validated by comparison with experimental creep tests.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/15301
Arquivos Descrição Formato
000679028.pdf (2.158Mb) Texto completo Adobe PDF Visualizar/abrir

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