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Análise do crescimento à fadiga, interação e coalescência de múltiplas trincas com o método dos elementos de contorno dual

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Main Author: Santana, Elvis Pereira de
Other Authors: Portela, Artur Antonio de Almeida
Format: Dissertação
Language: Português
Published: 2016
Subjects:
Fadiga
Indústria de construção civil
Método dos momentos
Trincas (Engenharia)
Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/19568
http://dx.doi.org/10.26512/2015.12.D.19568
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spelling ir-10482-195682018-09-30T11:55:26Z Análise do crescimento à fadiga, interação e coalescência de múltiplas trincas com o método dos elementos de contorno dual Analysis of fatigue growth, interaction and linkup of multiple cracks with dual boundary element method Santana, Elvis Pereira de Portela, Artur Antonio de Almeida Fadiga Indústria de construção civil Método dos momentos Trincas (Engenharia) Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. Dano múltiplo e generalizado devido à fadiga tem sido um problema em aviões e na indústria da construção civil, há muito tempo. Componentes estruturais desenvolvem trincas em vários locais que crescem em percursos que são difíceis de prever. Quando duas trincas se aproximam, seus campos de tensão se influenciam mutuamente levando a um efeito de aumento ou blindagem que depende da posição e orientação das trincas. Uma vez que não existem métodos analíticos generalizados para prever campos de tensão na trinca, a simulação do crescimento de múltiplas trincas, e da coalescência (linkup) entre elas, são importantes e desafiadoras tarefas de uma área de pesquisa que ainda está se desenvolvendo. Este trabalho descreve uma aplicação bidimensional do Método dos Elementos de Contorno Dual (MECD) para a análise de modo misto do crescimento de múltiplas trincas na mecânica da fratura linear elástica, sob carregamento de fadiga. O processo de crescimento de trinca é simulado com uma análise de extensão incremental de múltiplas trincas baseada no critério da máxima tensão principal. Para cada incremento da análise, em que as extensões da trinca são modeladas com novos elementos de contorno, o MECD é aplicado para realizar uma análise de tensão de região única da estrutura trincada e a Integral J é utilizada para calcular os fatores de intensidade de tensão. A análise incremental é baseada na técnica de predição-correção que define, em cada incremento da análise, a direção e a extensão das múltiplas trincas, levando em conta assim a discretização da análise e garantindo que o requisito da unicidade do percurso seja satisfeito. Baseado no critério de plastificação do ligamento, que assume que quando as zonas plásticas de duas trincas adjacentes se tocam, o ligamento entre elas falha e as trincas coalescem, chapas com múltiplas trincas podem ser analisadas. A vida à fadiga e a resistência residual da estrutura são introduzidas como um procedimento de pós-processamento dos resultados do crescimento das múltiplas trincas. Resultados dessa análise incremental são apresentados para várias geometrias com danos generalizados, demonstrando a acurácia e eficiência das estratégias adotadas na análise. Multiple-site and widespread fatigue damage have been an issue to the aircraft and civil construction industry for a long period. Structural components develop cracks at several locations which grow with crack paths that are difficult to predict. When two cracks approach one to another, their stress fields influence each other leading to an enhancing or shielding effect which depends on the position and orientation of the cracks. Since there are no generalized analytical methods for predicting crack stress fields, simulation of multiple-crack growth, and the linkup between them, are important and challenging tasks of an research area that is still evolving. This work describes a two dimensional application of the dual boundary element method (DBEM) to the analysis of mixed-mode multiple-crack growth in linear elastic fracture mechanics, under fatigue loading. The crack-growth process is simulated with an incremental multiple-crack extension analysis based on the maximum principal stress criterion. For each increment of the analysis, in which crack extensions are modeled with new boundary elements, the DBEM is applied to perform a single-region stress analysis of the cracked structure and the J-integral is used to compute the stress intensity factors. The incremental analysis is based on a prediction-correction technique that defines, in each increment of the analysis, the direction and the extension of the multiple cracks, thus taking into account the discreteness of the analysis and ensuring that the requirement of the path uniqueness be satisfied. Based on the ligament yield criterion which assumes that when the plastic zones of two adjacent cracks touch each other, the ligament between them fails and the cracks coalesce, plates with multiple-site damage can be analyzed. The fatigue life and residual strength of the structure are introduced as a post-processing procedure on the results of the multiple-crack growth. Results of this incremental analysis are presented for several geometries with multiple-site damage, demonstrating the accuracy and efficiency of the strategies adopted in the analysis. 2016-02-25T13:08:44Z 2016-02-25T13:08:44Z 2016-02-25T13:08:44Z 2015-12-07 Dissertação SANTANA, Elvis Pereira de. Análise do crescimento à fadiga, interação e coalescência de múltiplas trincas com o método dos elementos de contorno dual. 2015. xvi, 72 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil)—Universidade de Brasília, Brasília, 2015. http://repositorio.unb.br/handle/10482/19568 http://dx.doi.org/10.26512/2015.12.D.19568 Português Acesso Aberto A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. application/pdf
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