Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 capa-introducao.pdf: 136742 bytes, checksum: f3fec628299a200f8267c463e8e1e3d9 (MD5) Previous issue date: 2011-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The development of new materials, in addition to the increasing industrial demand for more efficient numerical tools capable of predicting defects in metal forming processes, has stimulated research on new material models. In this context, the Continuum Damage Mechanics has proved to be able of successfully predicting ductile failure onset in metal forming operations. The main objective of this work is the study of a thermo-elastic-plastic formulation and thermo-mechanical coupling schemes aiming at prediction of mechanical degradation of ductile materials. The material internal degradation is described using a modified version of Lemaitre s (1985) damage model, in which the void opening and void closure effects associated to tensile and compressive stress states are accounted for. The mechanical and thermal problems are formulated using the Finite Element Method. Coupling of thermal effects is defined by a sensitivity factor included in the yield function and by a component describing the energy generated due to dissipation of plastic work. Two coupling procedures are addressed in this work: staggered scheme and iterative scheme. Accuracy of the iterative coupling scheme is assessed by the analysis of the load increment size. In this case, the results show that the iterative procedure is more accurate than the staggered scheme. The study of the coupled thermal and mechanical effects is discussed by the analysis of the influence of the temperature and the heat transfer coefficient based upon the simulation of tensile tests of U-notched specimens. The results show that the internal degradation of the material is strongly affected by its temperature and heat transfer coefficient, i.e., higher temperatures increase the material capacity to deform with smaller rates of material degradation. / O surgimento de novos materiais, aliado ao aumento da demanda industrial por ferramentas numéricas capazes de prever o aparecimento de defeitos em processos de conformação mecânica, tem estimulado o desenvolvimento de novos modelos materiais. A Mecânica do Dano Contínuo, em cujo contexto este trabalho está inserido, provou ser uma abordagem capaz de prever o início da fratura dúctil em operações de conformação mecânica. O principal objetivo deste trabalho é o estudo da formulação termo-elastoplástica de problemas com acoplamento termomecânico visando a sua aplicação na predição da degradação mecânica de materiais dúcteis. A descrição da degradação interna do material é feita através da modificação do modelo de dano de Lemaitre (1985) para incluir efeitos de abertura e fechamento de vazios relacionados a estados de tensão trativos e compressivos. Os problemas térmico e mecânico são formulados utilizando o método de Elementos Finitos. O acoplamento dos efeitos térmicos é definido através da inclusão de um fator de sensibilidade na função de escoamento e da geração de calor por dissipação plástica. Dois métodos de acoplamento foram abordados: método particionado e método iterativo. A avalição da precisão do método de solução iterativo do problema acoplado é feita através da análise de influência do incremento de carga. Neste caso, os resultados obtidos mostraram que o método iterativo é mais preciso que o método particionado. O estudo dos efeitos térmico e mecânico acloplados é feito através da análise da influência da temperatura e do coeficiente de troca de calor na simulação de um ensaio de tração usando um corpo de prova cilíndrico. Os resultados mostram que a degradação interna do material é fortemente influenciada pela temperatura do material e pelo coeficiente de troca de calor, ou seja, quanto maior a temperatura, maior é a capacidade do material de se deformar plasticamente com uma redução da taxa de degradação. interna do material.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T17:42:36Z No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-10T12:19:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T12:19:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) Previous issue date: 2016-09-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As treliças espaciais são estruturas compostas de barras usualmente metálicas (aço ou alumínio) que são utilizadas para diversas finalidades, mas principalmente para sustentar a cobertura de grandes vãos presentes em galpões e pavilhões. O presente trabalho tem como objetivo a modelagem computacional do comportamento termo-elastoplástico de treliças espaciais em regime de grandes deslocamentos e deformações, utilizando o modelo da equação de transferência de calor e um modelo constitutivo elastoplástico modificado para incluir a influência térmica. Simulações computacionais do modelo resultante podem ser usadas para o desenvolvimento de projetos de estruturas submetidas a grandes variações de temperatura, como as que ocorrem em um incêndio. O método dos elementos finitos (MEF) foi utilizado para determinar o campo de temperaturas na seção transversal das barras, enquanto que para encontrar os deslocamentos e as deformações nas barras em função da variação térmica e do carregamento foi utilizado o método da rigidez direta. Para resolver as equações de equilíbrio não-lineares resultantes do modelo constitutivo termomecânico foi utilizado o método de Newton-Raphson. O código desenvolvido foi inicialmente validado através de simulações computacionais em estruturas simples onde variações de temperatura alteram o módulo de elasticidade, o módulo plástico e a tensão de escoamento do material e podem causar a plastificação e até a ruptura das barras. Posteriormente são apresentados e discutidos os resultados obtidos a partir de treliças mais complexas, com geometria similar às usualmente utilizadas em aplicações de engenharia, submetido a uma situação simplificada de incêndio-padrão. A alta temperatura causa a diminuição da resistência e da rigidez das barras e informações importantes como o tempo de incêndio suportado pela estrutura e o número de barras plastificadas são extraídas das simulações e podem servir como uma medida de segurança para evitar danos maiores em locais com grandes aglomerados de pessoas. / Space trusses are structures usually composed of metalic rods (steel or aluminum) that are used for several purposes, but mainly to sustain the roof of large spans present in sheds and pavilions. The present work has the aim of computationally model the coupled thermo-elastoplastic behavior of space trusses under large displacements and large strains, using the heat transfer equation model and an elastoplastic constitutive model modified to include the thermal influence. Computer simulations of the resulting mathematical model can be used for the development of structural projects under large variations of temperature, as occurs in fire situations. The finite element method (FEM) was used to determine the temperature field in transversal section of rods. In order to find the displacements and strains due to thermal variation and loadings, it was used the direct stiffness method. The Newton-Raphson method was used to solve the resulting non-linear equilibrium equations of the thermomecanic constitutive model. The developed code was initially validated through computational simulations of simple structures where thermal variations affect the Young modulus, the plastic modulus and the yield stress of the material. The results of more complex trusses, with a geometry similar to the ones usually adopted in engineering applications, under a simplified standard fire situation are also presented. The high temperature causes a decrease in the rods' resistance and stiffness and important informations such as the fire time supported by the structure and the number of plastified rods are achieved from the simulations and can be used as a security measure to avoid greater damage in places with large crowds of people.