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[pt] ANÁLISE TERMOMECÂNICA DO DANO EM MATERIAIS QUASE-FRÁGEIS / [en] THERMOMECHANICAL ANALYSIS OF DAMAGE IN QUASE-BRITTLE MATERIALSILAMES JORDAN GAMA DE MORAES 19 April 2022 (has links)
[pt] A previsão do comportamento de materiais quase-frágeis desde o início de sua
degradação até o aparecimento de fraturas pode ser apoiada pelo o uso da mecânica
do dano contínuo. Efeitos térmicos, além de mecânicos, podem apresentar
contribuição significativa na resposta do material e da estrutura. Nesse sentido, o
acoplamento entre os distintos ramos da física descrevem a livre conversão da energia
em suas diversas formas. O presente trabalho trata do acoplamento térmico em
problemas de dano em materiais quase frágeis, em que são abordados o modelo de
dano isótropico e os critério de danificação, bem como leis de evolução do dano
térmico e mecânico. Além disso, aspectos inerentes à termodinâmica e transferência
de calor são explicitados. O efeito térmico na análise estrutural inicia-se com uma
investigação sobre os requisitos para que variações de temperatura produzam tensões
térmicas e prossegue com um estudo do efeito no material, que reduz as propriedades
de módulo de elasticidade, resistência à tração e à compressão além da energia de
fratura. No entanto, a modelagem em elementos finitos da degradação da rigidez da
estrutura devido ao processo de dano apresenta problemas de dependência da malha,
que requerem o uso de técnicas de regularização da solução. Esse tópico é também
abordado no trabalho. Exemplos numéricos demonstram os efeitos do acoplamento
termomecânico na previsão da integridade de estruturas de materias quase-frágeis. / [en] Predicting the behavior of almost brittle materials in face of material degradation up
to fracture is a topic that can be addressed with the use of continuous damage
mechanics. Thermal effects, in addition to mechanical ones, may contribute
significantly to the structural and material response. In this sense, the coupling
between the different branches of physics takes into account the free conversion of
energy in its various forms. The present work is about the thermal-mechanical
coupling in in quasi-brittle materials, in which the isotropic damage model and the
damage criteria are addressed, as well as the laws of evolution of thermal and
mechanical damage. In addition, aspects inherent to thermodynamics and heat
transfer are explained. The thermal effect in the structural analysis begins with an
investigation of the requirements for temperature variations to produce thermal
stresses and follows with a study of the effect of temperature on the material, which
affects the elasticity module, the tensile and compression strength, in addition to the
fracture energy. However, finite element modeling of stiffness degradation due to the
damage process leads to problems of dependence on the mesh, which requires the use
of regularization techniques, as addressed in this work. Numerical examples
demonstrate the effects of thermo-mechanical coupling in the assessment of structure
integrity.
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[en] INFLUENCE OF NON LINEAR NORMAL MODES AND SYMMETRIES ON THE DYNAMIC OF A SLENDER GUYED TOWER / [pt] INFLUÊNCIA DE MODOS NORMAIS NÃO LINEARES E DE SIMETRIAS NO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE TORRES ESTAIADASICARO RODRIGUES MARQUES 29 September 2020 (has links)
[pt] As torres estaiadas estão entre as estruturas mais altas construídas pelo homem. Estas estruturas usualmente são muito esbeltas e a interação cabos/mastro leva a comportamentos altamente não lineares. Devido a sua complexidade, modelos simplificados são desenvolvidos para as simulações dessas estruturas. Um modelo discreto de dois graus de liberdade investigado por diversos autores apresenta fenômenos característicos de estruturas não lineares, como a superabundância de modos normais não lineares similares e modos normais não similares (NNMs), bifurcações de NNMs, ressonância interna e interação modal. O presente trabalho visa investigar o comportamento de um modelo estrutural contínuo de uma torre estaiada com um a três níveis de estais. O método dos elementos finitos (MEF) com uma formulação não linear é usado para realizar análises paramétricas da influência na resposta estática e dinâmica, linear e não linear, das características geométricas e físicas dos cabos, do peso próprio dos cabos e do mastro e de imperfeições iniciais nas frequências naturais e carga crítica da torre. As simetrias geradas pela distribuição uniforme dos cabos têm grande influência na resposta, dando origem a cargas críticas e frequências naturais coincidentes. Isso gera interação modal na flambagem e ressonância interna 1:1, aumentando o efeito da não linearidade geométrica na resposta. Uma análise qualitativa é desenvolvida, comparando as respostas da análise de vibração não linear do modelo contínuo com as do modelo de dois graus de liberdade. Essa análise comparativa indica a existência de múltiplos NNMs e multimodos. A influência desses modos e simetrias inerentes à torre é investigada através de uma análise paramétrica da torre sob excitação harmônica lateral. Os resultados mostram que a torre exibe uma resposta altamente não linear, mesmo sob baixos níveis de carga, o que deve ser considerado com cuidado na fase de projeto e indica a necessidade de investigações adicionais da resposta dinâmica não-linear dessas estruturas, considerando as diferentes distribuições dos cabos utilizadas na prática. / [en] The guyed towers are among the tallest man-made structures. These structures are usually very slender and their guy/mast interaction leads to highly nonlinear behaviors. Due this, simplified models are developed for simulating these structures. The discrete model of tow-degree of freedom investigated by several authors exhibits characteristic phenomena of nonlinear structures such as a superabundance of similar nonlinear normal modes and non-similar normal modes (NMNs), bifurcations of NMNs, internal resonance, and modal interaction. The present work aims to investigate the behavior of a continuous structural model of a tower with one to three guyed levels. The nonlinear finite element method (FEM) is used to parametric analyzes of the influence on static and dynamic responses, linear and nonlinear, of the geometric and materials characteristics of the guys, of the mast and guys self-weight and initial imperfections of the tower s natural frequencies and critical loads. The symmetries generated by the uniform distribution of guys have a great influence on the response, given rise to coincident critical loads and natural frequencies. This generates modal interaction in the buckling and 1:1 internal resonance, increasing the effect of the geometric nonlinearity on the response. A qualitative analysis is developed, comparing as the response of the nonlinear vibration of the continuous model as those of the two degrees of freedom model. This comparative analysis indicates the existence of the multiple NNMs and multimodes. The influence of theses modes and tower inherent symmetries are investigated through a parametric analysis of the tower under lateral harmonic excitation. tower modes. The results show that the tower exhibits a highly nonlinear response, even at low load levels, which must be considered with care in the design stage and indicates the necessary of further investigations of the nonlinear dynamic response of these structures considering the different guys distribution used in practice.
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