O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a análise de sólidos bidimensionais contendo múltiplas fissuras utilizando uma nova estratégia mediante a combinação do método da partição (spliting method) e formulação híbrido-Trefftz de tensão. A primeira consiste em um método de decomposição para a análise de sólidos contendo múltiplas fissuras pela partição do problema original (PG) em três subproblemas: subproblema global (PG(0)), onde o sólido é analisado sem a presença de fissuras, subproblemas locais (PL(k)), onde cada fissura é analisada individualmente e inserida em domínio arbitrário, e subproblemas globais (PG(k)), onde são computados os efeitos de interação entre fissuras. A solução de PG é obtida impondo a condição de nulidade do somatório das tensões nas faces das fissuras de todos os subproblemas. Por simplicidade, os subproblemas PG(0) e PG(k) são analisados via método dos elementos finitos clássico (MEF). Em contrapartida, os PL(k) são analisados via formulação híbrido-Trefftz visando uma alta eficiência na avaliação desses subproblemas contendo fissura. Essa formulação promove a aproximação dos campos de tensão e deslocamento no domínio e contorno do elemento, respectivamente, de maneira independente. As bases aproximativas do campo de tensão são formadas por funções solução da equação de Navier adicionadas às funções analíticas da mecânica da fratura. Assim, essa formulação proporciona uma boa solução do problema utilizando malha grosseira. Além disso, é possível obter os fatores de intensidade de tensão (FIT) da fissura diretamente da solução do sistema linear do problema. Resultados numéricos são apresentados a fim de ilustrar a aplicação da estratégia e sua eficiência ao alcançar soluções precisas aliado a um baixo custo computacional na análise. / This paper presents the development of a computational framework to the analysis of two dimensional solids containing multiple cracks using a new strategy with the combination of splitting method and hybrid-Trefftz stress formulation. The first consists of a decomposition method to the analysis of solids containing multiple cracks through the split of original problem (PG) into three subproblems: global subproblem (PG(0)), where the solid is analyzed without the cracks, local subproblems (PL(k)), where each crack is analyzed individually and insert in an arbitrary domain, and global subproblems (PG(k)), where the effects of the interaction between cracks are evaluated. Solution of PG is obtained using the condition that the sum of tractions on crack faces of all subproblems are null. For simplicity, subproblems PG(0) and PG(k) are analyzed by classical finite element method (FEM). On the other hand, PL(k) are analyzed by hibrid-Trefftz formulation aiming a high efficiency on the evaluation of cracked subproblems. This formulation promote the approximation of stresses and displacements fields on domain and boundary of elements, respectively, on an independent manner. Bases of appoximation of stress field are constructed by functions that solves the Navier equation with the addition of analitical functions of mechanic of fracture. Hence, this formulaition provides good solution of the problem with coarse mesh. Moreover, the stress intensity factors (SIF) of cracks may be obtained directly from the solution of linear system of the problem. Numerical results are presented in order to ilustrate the use of the strategy and its efficiency on the evaluating of accurate solutions with a low computational cost of the analysis.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a análise de sólidos bidimensionais contendo múltiplas fissuras utilizando uma nova estratégia mediante a combinação do método da partição (spliting method) e formulação híbrido-Trefftz de tensão. A primeira consiste em um método de decomposição para a análise de sólidos contendo múltiplas fissuras pela partição do problema original (PG) em três subproblemas: subproblema global (PG(0)), onde o sólido é analisado sem a presença de fissuras, subproblemas locais (PL(k)), onde cada fissura é analisada individualmente e inserida em domínio arbitrário, e subproblemas globais (PG(k)), onde são computados os efeitos de interação entre fissuras. A solução de PG é obtida impondo a condição de nulidade do somatório das tensões nas faces das fissuras de todos os subproblemas. Por simplicidade, os subproblemas PG(0) e PG(k) são analisados via método dos elementos finitos clássico (MEF). Em contrapartida, os PL(k) são analisados via formulação híbrido-Trefftz visando uma alta eficiência na avaliação desses subproblemas contendo fissura. Essa formulação promove a aproximação dos campos de tensão e deslocamento no domínio e contorno do elemento, respectivamente, de maneira independente. As bases aproximativas do campo de tensão são formadas por funções solução da equação de Navier adicionadas às funções analíticas da mecânica da fratura. Assim, essa formulação proporciona uma boa solução do problema utilizando malha grosseira. Além disso, é possível obter os fatores de intensidade de tensão (FIT) da fissura diretamente da solução do sistema linear do problema. Resultados numéricos são apresentados a fim de ilustrar a aplicação da estratégia e sua eficiência ao alcançar soluções precisas aliado a um baixo custo computacional na análise. / This paper presents the development of a computational framework to the analysis of two dimensional solids containing multiple cracks using a new strategy with the combination of splitting method and hybrid-Trefftz stress formulation. The first consists of a decomposition method to the analysis of solids containing multiple cracks through the split of original problem (PG) into three subproblems: global subproblem (PG(0)), where the solid is analyzed without the cracks, local subproblems (PL(k)), where each crack is analyzed individually and insert in an arbitrary domain, and global subproblems (PG(k)), where the effects of the interaction between cracks are evaluated. Solution of PG is obtained using the condition that the sum of tractions on crack faces of all subproblems are null. For simplicity, subproblems PG(0) and PG(k) are analyzed by classical finite element method (FEM). On the other hand, PL(k) are analyzed by hibrid-Trefftz formulation aiming a high efficiency on the evaluation of cracked subproblems. This formulation promote the approximation of stresses and displacements fields on domain and boundary of elements, respectively, on an independent manner. Bases of appoximation of stress field are constructed by functions that solves the Navier equation with the addition of analitical functions of mechanic of fracture. Hence, this formulaition provides good solution of the problem with coarse mesh. Moreover, the stress intensity factors (SIF) of cracks may be obtained directly from the solution of linear system of the problem. Numerical results are presented in order to ilustrate the use of the strategy and its efficiency on the evaluating of accurate solutions with a low computational cost of the analysis.

Este trabalho insere-se no âmbito das formulações não convencionais em elementos finitos. Particularmente, introduzem-se alguns aspectos do método dos elementos finitos generalizados (MEFG) e do clássico refino-p na consagrada formulação híbrida-Trefftz de tensão para a elasticidade bidimensional. A formulação apresentada aproxima diretamente dois campos independentes: o de tensões no domínio dos elementos e o de deslocamentos nas fronteiras dos elementos. Baseado na estrutura de enriquecimento centrada em nuvens, proposta pelo MEFG, podem ser selecionadas oportunamente regiões, formadas por um conjunto de elementos e fronteiras de elementos, onde o espaço da aproximação é adequadamente enriquecido mediante o refino-p. Neste contexto campos auto-equilibrados de tensões, derivados da solução da equação de Navier, são utilizados para compor a aproximação no domínio dos elementos, enquanto nas fronteiras dos elementos o campo de deslocamentos é construído a partir de bases específicas de aproximação; seja a base inicial, formada por funções de forma lineares, ou bases enriquecidas com polinômios hierárquicos, não hierárquicos e funções trigonométricas. Aborda-se também, ainda que preliminarmente, um estudo de painéis com múltiplas fissuras pelo método da partição em formulação híbrida-Trefftz com enriquecimento seletivo. As análises numéricas realizadas revelaram, em geral, uma formulação de ótimo desempenho, caracterizada por uma notável capacidade de aproximação dos campos de tensões e deslocamentos, elevada robustez numérica e reduzido dispêndio computacional. / This work is inserted in the context of unconventional formulations in the finite elements method. Particularly, some aspects of the generalized finite elements method (GFEM) and the classic p-refinement are introduced in the well known hybrid-Trefftz stress formulation for the two dimensional elasticity. The presented formulation approximates two independent fields: the one of stresses in the elements domain and the one of displacements in the boundaries of the elements. Based on the enrichment structure centered in clouds, proposed by the GFEM, some regions, formed by a group of elements and boundaries of elements where the approximation space is adequately enriched by the p-refinement, can be opportunely selected. In this context, self-equilibrated stress fields, derived from the solution of the Navier equation, are used to compose the approximation in the elements domain, whereas the displacements field in the borders of the elements is built from specific approximation bases, that is, the initial base formed by linear shape functions, or, bases enriched with hierarchical polynomials, nonhierarchical ones and trigonometric functions. Also, although preliminarily, a study of the multiple-cracked panels is done using the Splitting Method with a hybrid-Trefftz formulation and a selective enrichment. The numeric analyses done revealed, in general, a high performance formulation characterized by a great capacity of approximation the stress fields and displacements, high numeric robustness and reduced computer expenditure.

Neste trabalho apresenta-se a formulação do problema de múltiplas fissuras baseada numa abordagem de superposição utilizada pelo Método da Partição (Splitting Method). Um dos objetivos principais deste trabalho refere-se à aferição da capacidade deste método na obtenção de fatores de intensidade de tensão, tendo em vista o seu desenvolvimento recente e a ausência de outras fontes de pesquisa além daquelas oriundas dos seus próprios autores. Segundo a abordagem do Método da Partição, os fatores de intensidade de tensão finais de uma estrutura podem ser encontrados a partir da sobreposição de três subproblemas. Deste modo, o problema é resolvido mediante imposição de que nas faces das fissuras as tensões que resultam da sobreposição sejam nulas. Sendo assim, apresenta-se a formulação do Método da Partição para uma ou mais fissuras e diversas análises numéricas que contemplam interação entre fissuras submetidas aos modos I e II de abertura. Outra etapa do trabalho refere-se à aplicação do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) num dos subproblemas, dito local, ao invés do emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF), que em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da malha, particularmente junto à ponta da fissura, aumentando o custo computacional da análise. Exemplos de simulação numérica são apresentados no sentido de comprovar que a utilização do MEFG viabiliza a obtenção de resultados com boa aproximação mesmo com malhas pouco refinadas, reduzindo significativamente o custo computacional de toda a análise. Além disto, é apresentada a formulação do Método da Partição para casos que contemplam também fissuras internas, uma vez que a formulação atual admite somente fissuras de borda. / This work presents the formulation of the problem of multiple cracks based on an superposition approach used by the Splitting Method. The main goal of this work concerns the verification of the ability of this method of obtaining stress intensity factors, in view of its recent development and the absence of other research sources beyond those derived from their own authors. According to the approach of Splitting Method, the final stress intensity factors of a structure can be found from the superposition of three subproblems. Thus, the problem is solved by superposition and then imposing the nullity of the stresses on the faces of cracks. Thus, the formulation of the Splitting Method is presented to one or more cracks and also several numerical simulations that consider the interaction between cracks subjected to opening mode I and II. Another part of this work concerns the application of the Generalized Finite Element Method (GFEM) in the local subproblem instead of the use of Finite Element Method (FEM), which in its conventional form may require an excessive mesh refinement, particularly near the tip the crack, increasing the computational cost of analysis. Examples of numerical simulation are presented in order to show that the use of GFEM enables to obtain results with good approximation even with little refined meshes, thus significantly reducing the computational cost of the entire analysis. Moreover, the formulation of the Splitting Method is presented for cases which also have internal cracks due to the current formulation admits only boundary cracks.

Neste trabalho apresenta-se a formulação do problema de múltiplas fissuras baseada numa abordagem de superposição utilizada pelo Método da Partição (Splitting Method). Um dos objetivos principais deste trabalho refere-se à aferição da capacidade deste método na obtenção de fatores de intensidade de tensão, tendo em vista o seu desenvolvimento recente e a ausência de outras fontes de pesquisa além daquelas oriundas dos seus próprios autores. Segundo a abordagem do Método da Partição, os fatores de intensidade de tensão finais de uma estrutura podem ser encontrados a partir da sobreposição de três subproblemas. Deste modo, o problema é resolvido mediante imposição de que nas faces das fissuras as tensões que resultam da sobreposição sejam nulas. Sendo assim, apresenta-se a formulação do Método da Partição para uma ou mais fissuras e diversas análises numéricas que contemplam interação entre fissuras submetidas aos modos I e II de abertura. Outra etapa do trabalho refere-se à aplicação do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) num dos subproblemas, dito local, ao invés do emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF), que em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da malha, particularmente junto à ponta da fissura, aumentando o custo computacional da análise. Exemplos de simulação numérica são apresentados no sentido de comprovar que a utilização do MEFG viabiliza a obtenção de resultados com boa aproximação mesmo com malhas pouco refinadas, reduzindo significativamente o custo computacional de toda a análise. Além disto, é apresentada a formulação do Método da Partição para casos que contemplam também fissuras internas, uma vez que a formulação atual admite somente fissuras de borda. / This work presents the formulation of the problem of multiple cracks based on an superposition approach used by the Splitting Method. The main goal of this work concerns the verification of the ability of this method of obtaining stress intensity factors, in view of its recent development and the absence of other research sources beyond those derived from their own authors. According to the approach of Splitting Method, the final stress intensity factors of a structure can be found from the superposition of three subproblems. Thus, the problem is solved by superposition and then imposing the nullity of the stresses on the faces of cracks. Thus, the formulation of the Splitting Method is presented to one or more cracks and also several numerical simulations that consider the interaction between cracks subjected to opening mode I and II. Another part of this work concerns the application of the Generalized Finite Element Method (GFEM) in the local subproblem instead of the use of Finite Element Method (FEM), which in its conventional form may require an excessive mesh refinement, particularly near the tip the crack, increasing the computational cost of analysis. Examples of numerical simulation are presented in order to show that the use of GFEM enables to obtain results with good approximation even with little refined meshes, thus significantly reducing the computational cost of the entire analysis. Moreover, the formulation of the Splitting Method is presented for cases which also have internal cracks due to the current formulation admits only boundary cracks.

Este trabalho insere-se no âmbito das formulações não convencionais em elementos finitos. Particularmente, introduzem-se alguns aspectos do método dos elementos finitos generalizados (MEFG) e do clássico refino-p na consagrada formulação híbrida-Trefftz de tensão para a elasticidade bidimensional. A formulação apresentada aproxima diretamente dois campos independentes: o de tensões no domínio dos elementos e o de deslocamentos nas fronteiras dos elementos. Baseado na estrutura de enriquecimento centrada em nuvens, proposta pelo MEFG, podem ser selecionadas oportunamente regiões, formadas por um conjunto de elementos e fronteiras de elementos, onde o espaço da aproximação é adequadamente enriquecido mediante o refino-p. Neste contexto campos auto-equilibrados de tensões, derivados da solução da equação de Navier, são utilizados para compor a aproximação no domínio dos elementos, enquanto nas fronteiras dos elementos o campo de deslocamentos é construído a partir de bases específicas de aproximação; seja a base inicial, formada por funções de forma lineares, ou bases enriquecidas com polinômios hierárquicos, não hierárquicos e funções trigonométricas. Aborda-se também, ainda que preliminarmente, um estudo de painéis com múltiplas fissuras pelo método da partição em formulação híbrida-Trefftz com enriquecimento seletivo. As análises numéricas realizadas revelaram, em geral, uma formulação de ótimo desempenho, caracterizada por uma notável capacidade de aproximação dos campos de tensões e deslocamentos, elevada robustez numérica e reduzido dispêndio computacional. / This work is inserted in the context of unconventional formulations in the finite elements method. Particularly, some aspects of the generalized finite elements method (GFEM) and the classic p-refinement are introduced in the well known hybrid-Trefftz stress formulation for the two dimensional elasticity. The presented formulation approximates two independent fields: the one of stresses in the elements domain and the one of displacements in the boundaries of the elements. Based on the enrichment structure centered in clouds, proposed by the GFEM, some regions, formed by a group of elements and boundaries of elements where the approximation space is adequately enriched by the p-refinement, can be opportunely selected. In this context, self-equilibrated stress fields, derived from the solution of the Navier equation, are used to compose the approximation in the elements domain, whereas the displacements field in the borders of the elements is built from specific approximation bases, that is, the initial base formed by linear shape functions, or, bases enriched with hierarchical polynomials, nonhierarchical ones and trigonometric functions. Also, although preliminarily, a study of the multiple-cracked panels is done using the Splitting Method with a hybrid-Trefftz formulation and a selective enrichment. The numeric analyses done revealed, in general, a high performance formulation characterized by a great capacity of approximation the stress fields and displacements, high numeric robustness and reduced computer expenditure.

O trabalho trata da utilização de formulações não-convencionais de elementos finitos na obtenção de fatores de intensidade de tensão associados a múltiplas fissuras distribuídas num domínio bidimensional. A formulação do problema de múltiplas fissuras baseia-se numa abordagem de sobreposição proposta pelo Método da Partição (\"Splitting Method\"). Segundo essa abordagem a solução do problema pode ser encontrada a partir da sobreposição de três subproblemas combinados de tal forma que o fluxo de tensão resultante nas faces das fissuras seja nulo. O uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da rede nesse tipo de problema, aumentando o custo computacional da análise. Objetivando reduzir este custo, empregam-se duas formulações não-convencionais, de forma independente, num dos subproblemas, dito local: a formulação híbrido-Trefftz de tensão e o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). Na formulação híbrido-Trefftz é adotado o recurso do enriquecimento seletivo mediante o refrno- p na aproximação dos campos de deslocamento no contorno do elemento. Já com relação ao MEFG, empregam-se funções polinomiais e a solução analítica da mecânica da fratura como funções enriquecedoras. Exemplos de simulação numérica são apresentados no sentido de comprovar que a utilização dessas formulações não-convencionais juntamente com o Método da Partição viabiliza a obtenção de resultados com boa aproximação com recurso a redes pouco refinadas, reduzindo significativamente o custo computacional de toda a análise. / This paper treats with the use of non-conventional finite element formulations to obtain the stress intensity factor of multiple cracks located in a two-dimensional domain. The formulation of the multiple cracks problem is based on an overlapping approach suggested by the Splitting Method. Accordingly, the solution of the problem can be achieved by dividing the problem in three steps, combined so that the resulting stress flux is zero on the cracks face. The use of the Finite Element Method (FEM) in its conventional formulation requires a mesh refinement in this kind of problem, then increasing the computational cost. Aiming to reduce this cost, two non-conventional formulations are used independently to solve the local problem: the Hybrid-Trefftz stress formulation and the Generalized Finite Elements Method (GFEM). The Hybrid-Trefftz formulation is applied with selective enrichment using p-refinement in the displacements field on the element boundaries. The GFEM employs polynomial functions and analytical solutions of the fracture mechanics as enrichment functions. Examples of numerical simulations are presented in order to show that non- conventional formulations and the Splitting Method can provide accurate results with coarse mesh, thus reducing the computational cost.

The design of complex structures demands the prediction of possible fracture-dominant failure processes, due to the existence of unavoidable preexistent flaws and other defects, as well as sharps and cracks. On one hand, the complexity of the structure and the presence of many defects to be accounted for in the modeling can become the computational effort impracticable. On the other hand, it is important to seek the development of a computational framework based on some numerical method to study these problems. A way to overcome the difficulties mentioned, therefore making feasible the analysis of complex structures with many cracks, flaws and other defects, consists of combining a representative mechanical modeling with an efficient numerical method. This is precisely the fundamental aim of this work. Firstly, the Splitting Method is used aiming to build a representative modeling. Secondly, the Generalized Finite Element Method (GFEM) is chosen as an efficient numerical method, in which enrichment strategies of the approximated solution using stress functions in particular can be explored. The GFEM framework also allows avoiding the excessive refinement of the mesh, which increases the computational effort in conventional finite element analysis. In the Splitting Method, a kind of decomposition method, the original problem is subdivided in local and global problems which are then combined by imposing null traction at the crack surfaces. In this work, the Splitting Method was completely programmed in Python language and its use extended to analyze crack propagation including fatigue crack growth. The generated code presents in addition to several features related to Fracture Mechanics concepts, as the computation of the stress intensity factor (mode I and II) trough J Integral. Some examples are presented to depict the propagation of the cracks in multisite damage structures. It is shown that for this kind of problems the enrichment strategy provided by GFEM is essential. Moreover, the final example demonstrates that the computational tool allows for investigation of different possible crack scenarios with a low cost analysis. One concludes about the representativeness and efficiency of the methodology hereby proposed. / O projeto de estruturas complexas demanda a previsão de possíveis processos de ruptura governados por fraturamento, devido à existência de inevitáveis defeitos pré-existentes, como entalhes e fissuras. Por um lado, a complexidade da estrutura e a presença de muitos defeitos a serem considerados no modelo podem tornar a análise inviável devido ao esforço computacional necessário. Por outro lado, é importante procurar desenvolver uma estrutura computacional baseada em métodos numéricos para estudar estes problemas. Um modo de superar as dificuldades mencionadas, portanto tornando possível a análise de estruturas complexas com muitas fissuras e outros defeitos, consiste em combinar um modelo mecânico que seja representativo com um método numérico eficiente. Este é precisamente o objetivo fundamental deste trabalho. Primeiramente, o Método da Partição é utilizado para a construção de um modelo representativo. Em segundo lugar, o Método dos Elementos Finitos Generalizados (GFEM) é empregado por ser um método numérico eficiente, no qual as estratégias de enriquecimento da solução aproximada usando funções de tensão, em particular, podem ser exploradas. A estrutura do GFEM também permite evitar o excessivo refinamento da malha, que aumenta o esforço computacional em análises convencionais nas quais se utiliza o método dos elementos finitos. No Método da Partição, um tipo de método de decomposição, o problema original é subdividido em problemas locais e globais que são então combinados impondo-se a nulidade do vetor de tensões na superfície da fissura. Neste trabalho, o Método da Partição foi completamente programado em linguagem Python® e sua utilização estendida para analisar a propagação de fissuras, incluindo-se a associação do crescimento com a resposta em fadiga. Além disso, o código gerado apresenta diversas características relacionadas aos conceitos da Mecânica da Fratura, como o cálculo do fator de intensidade de tensão (modos I e II) mediante a Integral J. Alguns exemplos são apresentados para ilustrar a propagação de fissuras em estruturas multi-fraturadas. Mostra-se que para este tipo de problemas a estratégia de enriquecimento fornecida pelo GFEM é essencial. Além disso, o exemplo final comprova que a ferramenta computacional permite a investigação de diferentes possíveis cenários de fissuras com uma análise de baixo custo. Conclui-se sobre a representatividade e eficiência da metodologia proposta.

The design of complex structures demands the prediction of possible fracture-dominant failure processes, due to the existence of unavoidable preexistent flaws and other defects, as well as sharps and cracks. On one hand, the complexity of the structure and the presence of many defects to be accounted for in the modeling can become the computational effort impracticable. On the other hand, it is important to seek the development of a computational framework based on some numerical method to study these problems. A way to overcome the difficulties mentioned, therefore making feasible the analysis of complex structures with many cracks, flaws and other defects, consists of combining a representative mechanical modeling with an efficient numerical method. This is precisely the fundamental aim of this work. Firstly, the Splitting Method is used aiming to build a representative modeling. Secondly, the Generalized Finite Element Method (GFEM) is chosen as an efficient numerical method, in which enrichment strategies of the approximated solution using stress functions in particular can be explored. The GFEM framework also allows avoiding the excessive refinement of the mesh, which increases the computational effort in conventional finite element analysis. In the Splitting Method, a kind of decomposition method, the original problem is subdivided in local and global problems which are then combined by imposing null traction at the crack surfaces. In this work, the Splitting Method was completely programmed in Python language and its use extended to analyze crack propagation including fatigue crack growth. The generated code presents in addition to several features related to Fracture Mechanics concepts, as the computation of the stress intensity factor (mode I and II) trough J Integral. Some examples are presented to depict the propagation of the cracks in multisite damage structures. It is shown that for this kind of problems the enrichment strategy provided by GFEM is essential. Moreover, the final example demonstrates that the computational tool allows for investigation of different possible crack scenarios with a low cost analysis. One concludes about the representativeness and efficiency of the methodology hereby proposed. / O projeto de estruturas complexas demanda a previsão de possíveis processos de ruptura governados por fraturamento, devido à existência de inevitáveis defeitos pré-existentes, como entalhes e fissuras. Por um lado, a complexidade da estrutura e a presença de muitos defeitos a serem considerados no modelo podem tornar a análise inviável devido ao esforço computacional necessário. Por outro lado, é importante procurar desenvolver uma estrutura computacional baseada em métodos numéricos para estudar estes problemas. Um modo de superar as dificuldades mencionadas, portanto tornando possível a análise de estruturas complexas com muitas fissuras e outros defeitos, consiste em combinar um modelo mecânico que seja representativo com um método numérico eficiente. Este é precisamente o objetivo fundamental deste trabalho. Primeiramente, o Método da Partição é utilizado para a construção de um modelo representativo. Em segundo lugar, o Método dos Elementos Finitos Generalizados (GFEM) é empregado por ser um método numérico eficiente, no qual as estratégias de enriquecimento da solução aproximada usando funções de tensão, em particular, podem ser exploradas. A estrutura do GFEM também permite evitar o excessivo refinamento da malha, que aumenta o esforço computacional em análises convencionais nas quais se utiliza o método dos elementos finitos. No Método da Partição, um tipo de método de decomposição, o problema original é subdividido em problemas locais e globais que são então combinados impondo-se a nulidade do vetor de tensões na superfície da fissura. Neste trabalho, o Método da Partição foi completamente programado em linguagem Python® e sua utilização estendida para analisar a propagação de fissuras, incluindo-se a associação do crescimento com a resposta em fadiga. Além disso, o código gerado apresenta diversas características relacionadas aos conceitos da Mecânica da Fratura, como o cálculo do fator de intensidade de tensão (modos I e II) mediante a Integral J. Alguns exemplos são apresentados para ilustrar a propagação de fissuras em estruturas multi-fraturadas. Mostra-se que para este tipo de problemas a estratégia de enriquecimento fornecida pelo GFEM é essencial. Além disso, o exemplo final comprova que a ferramenta computacional permite a investigação de diferentes possíveis cenários de fissuras com uma análise de baixo custo. Conclui-se sobre a representatividade e eficiência da metodologia proposta.

O trabalho trata da utilização de formulações não-convencionais de elementos finitos na obtenção de fatores de intensidade de tensão associados a múltiplas fissuras distribuídas num domínio bidimensional. A formulação do problema de múltiplas fissuras baseia-se numa abordagem de sobreposição proposta pelo Método da Partição (\"Splitting Method\"). Segundo essa abordagem a solução do problema pode ser encontrada a partir da sobreposição de três subproblemas combinados de tal forma que o fluxo de tensão resultante nas faces das fissuras seja nulo. O uso do Método dos Elementos Finitos (MEF) em sua forma convencional pode requerer um refinamento excessivo da rede nesse tipo de problema, aumentando o custo computacional da análise. Objetivando reduzir este custo, empregam-se duas formulações não-convencionais, de forma independente, num dos subproblemas, dito local: a formulação híbrido-Trefftz de tensão e o Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). Na formulação híbrido-Trefftz é adotado o recurso do enriquecimento seletivo mediante o refrno- p na aproximação dos campos de deslocamento no contorno do elemento. Já com relação ao MEFG, empregam-se funções polinomiais e a solução analítica da mecânica da fratura como funções enriquecedoras. Exemplos de simulação numérica são apresentados no sentido de comprovar que a utilização dessas formulações não-convencionais juntamente com o Método da Partição viabiliza a obtenção de resultados com boa aproximação com recurso a redes pouco refinadas, reduzindo significativamente o custo computacional de toda a análise. / This paper treats with the use of non-conventional finite element formulations to obtain the stress intensity factor of multiple cracks located in a two-dimensional domain. The formulation of the multiple cracks problem is based on an overlapping approach suggested by the Splitting Method. Accordingly, the solution of the problem can be achieved by dividing the problem in three steps, combined so that the resulting stress flux is zero on the cracks face. The use of the Finite Element Method (FEM) in its conventional formulation requires a mesh refinement in this kind of problem, then increasing the computational cost. Aiming to reduce this cost, two non-conventional formulations are used independently to solve the local problem: the Hybrid-Trefftz stress formulation and the Generalized Finite Elements Method (GFEM). The Hybrid-Trefftz formulation is applied with selective enrichment using p-refinement in the displacements field on the element boundaries. The GFEM employs polynomial functions and analytical solutions of the fracture mechanics as enrichment functions. Examples of numerical simulations are presented in order to show that non- conventional formulations and the Splitting Method can provide accurate results with coarse mesh, thus reducing the computational cost.