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.

[pt] A representação do comportamento de materiais elastoplásticos a partir de modelos com múltiplas superfícies de plastificação é uma alternativa para representar o comportamento de materiais como concreto, rochas e solos, que apresentam diferentes tipos de resposta não linear, a depender do estado de tensão atuante. No entanto, o emprego desses modelos requer a definição de muitos parâmetros que, por vezes, não possuem significado físico. Além disso, a implementação de modelos elastoplásticos com multiplas envoltórias traz complexidades adicionais. O emprego desse tipo de modelo requer um esquema robusto de integração das equações de evolução das variáveis plásticas. Nessa pespectiva, é apresentado um algoritmo de mapeamento de retorno baseado em um método de otimização sem restrições, o método de Newton-Raphson com busca unidimensional. Propõe-se uma expressão para o tensor constitutivo elastoplástico consistente para modelos com múltiplas superfícies de plastificação. Adicionalmente, apresenta-se uma metodologia de calibração dos parâmetros de tais modelos a partir da solução de um problema de otimização, solucionado via algoritmo genético. Para melhor compreender os parâmetros envolvidos nesse algoritmo, desenvolve-se um estudo paramétrico, solucionando uma série de problemas de otimização global. A robustez e eficácia dos algoritmos são avaliadas por meio de aplicações, dentre elas algumas disponíveis na literatura, num modelo constitutivo idealizado para concreto, rochas e solos: Cap Model. Por fim, calibrase tal modelo, considerando dados experimentais disponíveis na literatura. Assim, este trabalho tem como objetivo contribuir para viabilizar o emprego de modelos elastoplásticos complexos em problemas de engenharia. / [en] Elastoplastic models with multiple plastic surfaces is an alternative to represent the nonlinear behavior of materials such as concrete, rocks and soils. The nonlinear response of these materials depends highly on the stress state. However, these models require the definition of many parameters which do not always have physical meaning. In addition, the implementation of elastoplastic models represented by multiple plastic surfaces brings additional complexities to the analysis. The use of this type of model requires a robust numerical integration scheme of the elastoplastic evolution equations. This work presents two contributions. The first contribution is a robust return mapping algorithm for a multisurface plasticity model in general stress space known as closest point projection algorithm. The return mapping algorithm is based on a numerical method for unconstrained optimization. In this scenario, it is adopted the Newton-Raphson method with line search. A consistent tangent modulus for multisurface plasticity is also proposed. The second contribution is a methodology for parameter calibration. This methodology is formulated as an optimization problem, with the solution obtained through a genetic algorithm. A parametric study is developed in order to better undestand specific parameters of the algorithm, solving global optimization problems. Robustness and effectiveness of the proposed algorithm are evaluated through numerical examples applied to a constitutive model used for modelling concrete, rocks and soils: Cap Model. Applications available in the literature are analysed. Lastly, the parameters of this model are calibrated using experimental data avaliable in the literature. Thus, this work aims at improving the feasibility of the use of complex elastoplastic models in engineering problems.