[pt] Bandas de cisalhamento ocorrem quando há a localização de deformações inelásticas provenientes de esforços cisalhantes em regiões estreitas de um material. Estas estruturas podem influenciar diretamente nas propriedades dos materiais, além de afetar sua integridade e contribuir para o início de falhas estruturais. Este trabalho apresenta uma metodologia para a caracterização das bandas de cisalhamento na rocha carbonática Indiana Limestone por meio de modelagens numéricas utilizando o método dos elementos finitos (MEF). Ao modelar o fenômeno de localização de deformações, o MEF apresenta algumas limitações como perda da elipticidade das equações governantes, produzindo problemas de convergência e resultados dependentes da discretização de malha. Algumas alternativas para superar estes inconvenientes são apresentadas e discutidas, com especial enfase dada à técnica de regularização viscosa utilizada nas modelagens numericas de ensaios biaxiais e triaxiais. Estudos parametricos e de sensibilidade foram conduzidos para identificar o impacto das propriedades mecânicas na ocorrencia das bandas de cisalhamento. Os resultados mostraram que as propriedades de resistência, o uso de leis de fluxo não associadas e o amolecimento por deformação são os fatores que mais influenciam na iniciação e desenvolvimento das bandas de cisalhamento. / [en] Shear bands occur when inelastic shear deformation localize in narrow regions of the material. These structures can directly influence the properties of materials, in addition to affecting their integrity and contributing to the initiation of structural failures. This study presents a methodology for the characterization of shear bands in Indiana Limestone carbonate rock through numerical modeling using the finite element method (FEM). As it is known, the numerical modeling of strain localization phenomena using FEM has some drawbacks, such as loss of ellipticity of the governing equations, triggering convergence problems and results dependent on the mesh discretization. Some alternatives to overcome these problems are presented and discussed, giving a special emphasis to the viscous regularization technique used in the numerical modeling of biaxial and triaxial tests. Parametric and sensitivity studies were performed to identify the impact of the mechanical properties on the occurrence of shear bands. The results showed that strength properties, non associative flow rules and strain-softening are the factors with larger influence on the initiation and development of shear bands.

Orientador: Prof. Dr. Alejandro Andrés Zúñiga Páez / Coorientador: Prof. Dr. Roberto Gomes de Aguiar Veiga / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Santo André, 2018. / Vidros metálicos (VM) apresentam propriedades mecânicas únicas devido a sua estrutura desordenada (amorfa). Adicionalmente, compósitos de matriz de vidro metálico com nanocristais (fase dispersa) podem apresentar um mecanismo de deformação plástica diferente em relação à dos vidros metálicos monolíticos. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico em compressão de compósitos de matriz de VM de Cu¿Zr¿Al contendo nanocristais de diferentes composições e tamanhos usando simulação de dinâmica molecular. Primeiramente, uma caixa de simulação de VM com 6.750.000 átomos, de composição Cu45Zr45Al10 foi produzida pelo método de têmpera. Posteriormente, esta caixa foi usada como matriz para produzir compósitos com as seguintes populações de nanocristais: a) 75 nanocristais de CuZr de 4 nm de diâmetro, b) 1 nanocristal de CuZr de 17 nm de diâmetro, e c) 1 nanocristal de Cu de 17 nm de diâmetro (fração volumétrica ?xada em 2%). Finalmente, todas as amostras (com e sem nanocristais) foram deformadas em compressão com uma taxa de deformação de 108 s-1. As curvas de tensão-deformação mostraram que todas as amostras atingiram a tensão máxima em ~5% de deformação; porém com valores variando entre 2,15 e 2,8 GPa. Observou-se que a variação da tensão máxima atingida dependeu principalmente de dois fatores: da existência de mecanismos de deformação plástica no interior da partícula e do processo de nucleação de bandas de cisalhamento na interfase matriz/nanocristal. Também foi verifcado que uma maior área de interfase matriz/nanocristal gerou uma maior quantidade de bandas de cisalhamento. Adicionalmente, observou-se que a concentração do poliedro icosaédrico (0,0,12,0,0) centrado no átomo de Cu diminuiu em função da deformação e que a região da banda de cisalhamento possuía uma menor concentração de poliedros icosaédricos em relação às demais regiões do vidro metálico. Já as análises do campo de deslocamento atômico mostraram que as regiões centrais das bandas de cisalhamento estavam formadas por vórtices, e que as margens das bandas estavam caracterizadas por movimentações atômicas lineares. Finalmente, a presença de nanocristais in?uenciou o padrão do ?uxo plástico e a estrutura dos vórtices no material. / Metallic glasses exhibit unique mechanical properties due their disordered structure (amorphous). Moreover, glassy-matrix composites with embedded nanocrystals can modify the dynamics of shear banding (plastic deformation mechanism) in relation to the one observed in monolithic metallic glasses. The objective of this work was to study the mechanical behavior in compression of amorphous Cu¿Zr¿Al composites containing nanocrystals of diferent compositions and sizes using molecular dynamics simulation. First, a metallic glass simulation box with 6,750,000 atoms and composition Cu45Zr45Al10 was produced by the quenching method. Afterwards, this box was used as matrix to produce composites with the following populations of nanocrystals: a) 75 CuZr nanocrystals of 4 nm in diameter, b) 1 CuZr nanocrystal of 17 nm in diameter, and c) 1 Cu nanocrystal of 17 nm in diameter (volume fraction set at 2%). Finally, all samples (with and without nanocrystals) were deformed in compression at a strain rate of 108 s-1. The stress-strain curves showed that all samples reached a maximum stress at ~5% strain; but with values varying between 2.15 to 2.8 GPa. It was observed that the maximum stress reached depended mainly on two factors: the existence of plastic deformation inside the nanoparticles and the nucleation of shear bands at the matrix/nanocrystal interface. It was also verifed that a larger area of matrix-nanocrystal interface generated a larger number of shear bands. In addition, it was observed that the concentration of icosahedral polyhedra (0,0,12,0,0) centered in Cu atoms decreased as a function of strain, and that the shear band had a lower concentration of icosahedral polyhedra in relation to other regions of the metallic glass. The analysis of the atomic feld displacement showed that the central regions of the shear bands were formed by vortices, and the margins of the bands were characterized by linear atomic movements. Finally, the presence of nanocrystals infuenced the plastic fow pattern and the structure of the vortices in the material.