[pt] A Mecânica da Fratura é uma área da mecânica clássica que estuda os processos que podem resultar no surgimento e propagação de fraturas e trincas nos materiais. Seus conceitos podem ser empregados em diversas áreas, como, por exemplo, no desenvolvimento de novos materiais, na área industrial (auxiliando na definição dos parâmetros de criticidade de defeitos) e em projetos estruturais, onde a presença de descontinuidades pode resultar na diminuição da resistência do material, levando-o ao colapso estrutural. As fraturas podem surgir como defeitos básicos nos materiais constituintes dos elementos, podem ser induzidas nos processos de construção ou, ainda, podem ser desenvolvidas durante a vida útil da estrutura. O estudo do comportamento de uma fratura é fundamental para a verificação coerente de tensões e deformações nos projetos estruturais. Alguns autores apresentaram diferentes metodologias para o cálculo de parâmetros importantes associados à propagação de fraturas. Tais parâmetros podem variar de acordo com o comportamento do material, características geométricas, carregamentos, condições de contorno e configuração das trincas. Essas análises também podem ser validadas através de metodologias numéricas. O presente projeto tem por objetivo avaliar o Fator de Intensidade de Tensões a partir de análises numéricas de três casos de fratura com base nos conceitos da Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). Para tal, aplicaram-se duas técnicas de modelagem em Elementos Finitos: elementos quarter-point 2D e 3D e o Método dos Elementos Finitos Estendidos (XFEM) 3D. Por fim, os resultados obtidos são comparados com os resultados publicados na literatura. Apesar das vantagens associadas ao uso do XFEM para modelagem de fraturas, o cálculo pela integral de domínio para esta técnica apresenta oscilações nos valores fornecidos para as diferentes solicitações de contornos. A técnica de modelagem com Elementos Quarter-Points 2D e 3D apresenta resultados mais estáveis e próximos das soluções analíticas. / [en] Fracture Mechanics is an area of classical mechanics that studies processes that can result in the creation and propagation of fractures and cracks in materials. Its concepts can be utilized in many areas, such as, for example, the development of new materials, in the industrial area (to assist in the definition of defect criticality parameters) and in structural projects, where the presence of discontinuities can result in decreased material resistance, leading to its structural collapse. The fractures can emerge as basic defects in materials that constitute the structural elements, can be inducted in construction processes or could even be developed during the lifespan of the structure. Studying the behavior of a fracture is fundamental to verifying coherently stress and deformations on structural projects. Some authors presented different methodologies to calculate important parameters associated to the propagation of cracks. These parameters could vary according to the material behavior, geometrical characteristics, loads, boundary conditions and cracking patterns. Those analyses can also be validated through numerical methodologies. This present project aims at evaluating the Stress Intensity Factor from numerical analyses of three cracks cases based on the concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). Two techniques of Finite Element modeling were considered: quarter-point elements 2D and 3D and Extended Finite Element Method (XFEM) 3D. In the end, the results obtained are compared with results already published in the available literature. Despite the advantages associated with the use of XFEM for fracture modeling, the calculation of the stress intensity factor by the domain integral for this technique presents oscillations in the values provided for the different contour requests. The modeling technique with 2D and 3D quarter-points elements presents results that are more stable and closer to the analytical solutions.

[pt] O surgimento de trincas em projetos estruturais tem sido um problema para engenharia por algumas décadas, e uma das áreas onde este tópico é amplamente estudado é em aeronaves comerciais. Vários acidentes ocorreram nas últimas décadas devido ao aparecimento de uma trinca em aeronaves comerciais, e por essa razão o estudo da mecânica da fratura é tão importante para este campo da engenharia. Um componente estrutural é tolerante a danos se puder sustentar com segurança o comprimento crítico a trincas até que seja reparado ou sua vida econômica expire. Enrijecedores ou reforçadores têm a função principal de melhorar a resistência e estabilidade dessas estruturas e fornecer um meio de desacelerar ou parar a propagação de trincas em contenções nucleares, reatores, viadutos, edifícios altos, aeronaves, cascos de navios, pontes e estruturas offshore. Analisando o fator de intensidade de tensão e como o comportamento de uma folha com e sem reforços é diferente são alguns dos problemas estudados neste trabalho. O fator de intensidade de tensão (FIT), é um parâmetro que descreve a intensidade do campo de tensão singular, foi usado com sucesso para estimar a resistência à fratura e taxas de propagação de trinca por fadiga em situações em que as suposições de elasticidade são válidas. Neste trabalho, o FIT foi obtido para placas com reforços colados e rebitados, com base no método dos elementos finitos (MEF) utilizando elementos quarter point por meio de simulações realizadas no software ABAQUS. Forças no rebite foram calculadas para uma trinca com rebites e longarinas espaçadas uniformemente. Os resultados apresentados são comparados com os valores encontrados na literatura por meio de gráficos e mostram que o FIT é significativamente menor do que para uma folha não enrijecida para os casos de reforço estudados. / [en] The emergence of fractures in structural designs has been a problem for engineering for some decades, and one of the areas where this topic is widely studied is in commercial aircraft. Several accidents have occurred in the last decades due to the appearance of a fracture in commercial aircraft, and for this reason the study of fracture mechanics is so important for this field of engineering. A structural component is tolerant of damage if it can safely sustain critical length fractures until it is repaired or its economic life has expired. Reinforcers or stiffeners have the main function of improving the resistance and stability of these structures and providing a means of decelerating or stopping the propagation of fractures in nuclear containments, reactors, viaducts, tall buildings, aircraft, ship hulls, bridges and offshore structures. Analyzing the stress intensity factor and how the behavior of a sheet with and without stiffeners is different are some of the issues studied in this work. The stress-intensity factor (SIF), a parameter that describes the intensity of the singular stress field, has been used successfully to estimate fracture strength and fatigue crack growth rates in situations where the assumptions of linear elasticity are valid. In this work, the SIF was obtained for plates with adhesive and riveted reinforcements, based on the finite element method (FEM) using quarterpoint elements through simulations carried out in the ABAQUS software. Forces in the rivet were calculated for a crack with riveted and evenly spaced stringers. The complete results presented are compared with values found in the literature through graphs. The results show that the stress intensity factor for the hardened sheet is significantly lower than for an un-hardened sheet for both studied stiffener cases.