Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Robson Amaral (robsonamaral@bce.unb.br) on 2018-05-09T18:55:56Z No. of bitstreams: 1 2018_AlexandreGonçalvesdeSouza.pdf: 4441669 bytes, checksum: 2e7fa720e5d91fb7f638c31979807b75 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-06T21:31:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_AlexandreGonçalvesdeSouza.pdf: 4441669 bytes, checksum: 2e7fa720e5d91fb7f638c31979807b75 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T21:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_AlexandreGonçalvesdeSouza.pdf: 4441669 bytes, checksum: 2e7fa720e5d91fb7f638c31979807b75 (MD5) Previous issue date: 2018-06-06 / Neste trabalho, busca-se comparar os resultados experimentais apresentados por Jiang (2007) com os obtidos a partir dos modelos de Lemaitre e CDM modificado, ambos com a lei de evolução de Chaboche para o endurecimento cinemático. Para tanto, elaborou-se modelos matemáticos e em seguida implementou-se em linguagem FORTRAN os modelos numéricos. Na solução das equações constitutivas, levou-se em consideração as propriedades mecânicas do aço S460N, trajetórias com carregamentos multiaxiais proporcionais e não-proporcionais, a lei de Chaboche com três termos e a discretização implícita de Euler. Com base nos dados aferidos foi possível calibrar os parâmetros de tensão, de dano e os denominadores de dano para alta e baixa triaxialidade. Na sequência, realizou-se a análise comparativa das amplitudes de tensão, vida em fadiga e evolução do dano. Analisando os resultados, nota-se que de um modo geral o modelo CDM modificado previu a vida em fadiga do aço S460N com maior precisão que o modelo de Lemaitre para trajetórias axiais, cisalhantes, proporcionais e não proporcionais. / In this work, the experimental results presented by Jiang (2007) are compared with those obtained from the Lemaitre and modified CDM models, both with the Chaboche evolution law for kinematic hardening. For that, mathematical models were elaborated and then the numerical models were implemented in FORTRAN language. In the solution of the constitutive equations, the mechanical properties of S460N steel, proportional and non-proportional multiaxial loading trajectories, Chaboche's three-law law, and Euler's implicit discretization were considered. Based on the data, it was possible to calibrate the voltage, damage and denominator parameters for high and low triaxiality. Then, the comparative analysis of tension amplitudes, life in fatigue and evolution of the damage was performed. Analyzing the results, it is noted that in general the modified CDM model predicted the fatigue life of S460N steel with greater precision than the Lemaitre model for axial, shear, proportional and non-proportional trajectories.

Tese de Doutorado—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Mecânica, 2011. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2012-01-18T13:46:41Z No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / Approved for entry into archive by Elzi Bittencourt(elzi@bce.unb.br) on 2012-01-20T14:46:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / Made available in DSpace on 2012-01-20T14:46:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / A capacidade de se prever e determinar o momento e local correto de iniciação de uma trinca dúctil é de grande importância e aplicabilidade na indústria de uma forma geral. Inúmeros processos de fabricação e critérios de projeto mecânico adotam modelos elasto-plásticos e com dano acoplado, como condição inicial e de otimização da descrição do comportamento de materiais dúcteis. Pesquisas realizadas nas últimas décadas mostram que a capacidade preditiva destes modelos é fortemente dependente da condição de calibração utilizada para determinação dos parâmetros materiais. Assim, neste trabalho, busca-se aperfeiçoar o modelo de dano de Lemaitre, que é baseado na Mecânica do Dano Contínuo e aplicado a materiais dúcteis, no que se refere à redução de sua dependência da condição de calibração. Para isto, sugere-se a criação de uma chamada função denominador de dano, de maneira a substituir o denominador de dano que é se apresenta como uma constante material na lei de evolução de dano originalmente proposta por Lemaitre. Como primeira etapa do trabalho, faz-se uma revisão dos conceitos da mecânica do contínuo, da termodinâmica dos sólidos e da modelação constitutiva. Posteriormente, uma análise do modelo original de Lemaitre, com dano e endurecimento isotrópicos, é feita, levando em consideração seus aspectos matemáticos e numéricos. Através de simulações numéricas preliminares, demonstra-se a imprecisão do modelo quando utilizado em condições reais distantes do ponto utilizado para calibração dos parâmetros materiais. Desta forma, é sugerida a criação de uma função denominadora de dano, dependente tanto do nível de triaxialidade quanto do terceiro invariante normalizado, e acoplada a lei de evolução da variável de dano, como originalmente sugerido por Lemaitre. Após o acoplamento, é feito um novo estudo da consistência termodinâmica da nova formulação, no que se refere ao seu potencial de estado e potencial de dissipação. Um novo modelo de integração numérica implícito é sugerido, levando em consideração agora, uma lei de fluxo plástico, obtida através da plasticidade associativa e também não-associativa. O modelo implícito é então implementado em uma ferramenta acadêmica de elementos finitos, juntamente com sua matriz tangente consistente. Para se avaliar a robustez da nova proposição, simulações numéricas são feitas, levando em consideração dois tipos de materiais, como um liga de alumínio 2024-T351 e o aço 1045, e corpos de prova que simulem estados de tensão dentro das regiões de alta e baixa triaxialidade. Por fim, através de uma comparação entre os resultados numericamente obtidos e dados experimentais disponíveis na literatura, mostra-se a redução da dependência do modelo, a sua melhoria e aplicabilidade em largas faixas de triaxialidade. Parâmetros como o nível de deslocamento na fratura, a evolução do parâmetro de dano, o nível de deformação plástica na fratura e a capacidade de determinar o potencial local de início da fratura dúctil são avaliados. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The ability to predict and determine the correct fracture onset and displacement at fracture initiation is of paramount importance and applicability in the industry in general. Many manufacturing processes and project criteria rely on elasto-plastic models coupled with damage, as the initial condition and optimization of the description of the behavior of ductile materials. Research studies in recent decades have shown that the predictive ability of these models is strongly dependent on the condition of calibration used to determine material parameters. Thus, this thesis seeks to improve the damage evolution law of Lemaitre’s model, which is based on Continuum Damage Mechanics and applied on ductile materials, with regard to reducing its dependence on the calibration point. To this end, creation of a function called the function of damage denominator is suggested in order to replace the denominator of damage that is a constant and is presented in the evolution damage law originally proposed by Lemaitre. As the first stage of the work, a review of the concepts of Continuum Mechanics, Thermodynamics of Solids and Constitutive Modeling Theory is conducted. Subsequently, an analysis of the original Lemaitre’s model with isotropic hardening and damage is done, taking into account its mathematical and numerical aspects. Through preliminary numerical simulations, the inaccuracy of the original model when it is used under conditions far from the calibration point of material parameters is demonstrated. Thus, creation of a function of damage denominator is demonstrated, dependent on both stress triaxiality and the normalized third invariant of the deviatoric stress, and coupled in the evolution law of a damage variable, as originally suggested by Lemaitre. Once the coupling procedure is completed, a new study is conducted based on the thermodynamic consistency of the new formulation, with regard to its state potential and mechanical dissipation. A new implicit numerical integration algorithm is suggested, now taking into account a plastic flow rule, obtained through both associative and non-associative plasticity. The implicit model is then implemented in an academic finite element environment, along with its consistent tangent matrix. To assess the robustness of this new proposition, numerical simulations are made, taking into account two types of materials, such as aluminum alloy 2024-T351 and 1045 steel, and specimens that simulate a state of tension within the regions of high and low stress triaxiality. Finally, through a comparison between the numerical results and experimental data available in the literature, the reduction of dependence on the model, its improvement and broad applicability in a wide range of stress triaxiality is demonstrated. Parameters such as the level of the displacement at fracture, the evolution of damage parameter, the level of equivalent plastic strain at fracture and the ability to determine the potential site to crack formation are further evaluated.

O plano de trabalho proposto insere-se no âmbito da linha de pesquisas em Mecânica de Materiais com aplicação da Mecânica do dano Contínuo, dando-se ênfase para a questão de localização de deformações decorrente do emprego de modelos constitutivos com encruamento negativo (softening). Em particular, a motivação é oferecer uma contribuição ao estudo de uma das técnicas de regularização da resposta numérica, que objetivam eliminar a dependência dos resultados com relação à discretização adotada. Tal técnica de regularização consiste na consideração de gradientes da variável de dano na formulação dos modelos constitutivos. Tanto aspectos teóricos como de aplicação numérica são explorados, destacando-se nos primeiros uma análise do efeito da inclusão de gradientes de ordem superior na relação constitutiva e o emprego do Método dos Elementos Finitos em sua formulação em variáveis generalizadas no segundo aspecto. Outros aspectos complementares são também discutidos, relacionados à formulação variacional e algoritmos de integração em passo finito dos modelos em estudo. Os exemplos de aplicação consistem de análises estática e dinâmica de estruturas, realizando-se um confronto com resultados disponíveis na literatura ou mesmo com observações experimentais de ensaios de laboratório. / This work is inserted in the researches in Material Mechanics with an application in Continuum Damage Mechanics, emphasising the issue about localisation of deformations according to the use of constitutive models with softening. In particular, the motivation is to offer a contribution to one of the regularisation techniques of the numerical response, aiming to eliminate mesh dependence of the results. This regularisation technique consists in considering gradients of the damage variable in the formulation of constitutive models. Theoretical aspects as well as numerical application are explored, highlighting the analysis of the effect of the inclusion of gradients in the constitutive relation in the first aspect, and using Finite Element Methods with generalise variables in the second one. Other complementary aspects will also be discussed associated to the variational formulation and integration algorithms in finite steps of the studied models. The examples consist in dynamic and static analysis of structures, comparing with numerical and experimental results available in the literature.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil, 2015. / Submitted by Tania Milca Carvalho Malheiros (tania@bce.unb.br) on 2015-11-27T13:31:19Z No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-01-26T12:10:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-26T12:10:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_SaraBrígidaSaraivadosSantos.pdf: 1158875 bytes, checksum: e992b63766c5cb8fcf03610d3527ca26 (MD5) / A presente dissertação apresenta a aplicação de um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo para simulação numérica do comportamento de materiais quase-frágeis submetidos a ações mecânicas ou não mecânicas, por meio da redução de rigidez do material e de suas propriedades de resistência. O modelo de dano isotrópico apresentado utiliza duas variáveis escalares de danos, uma para representar a degradação do concreto quando sujeito a tensões de tração e outra para a mesma situação sobre compressão. O comportamento da armadura é simulado numericamente como um modelo elastoplástico unidimensional no qual são levados em consideração os efeitos do endurecimento isotrópico e cinemático do material. O modelo utiliza o algoritmo de integração implícita e explicita (IMPLEX); e é aplicado em análises de estruturas de concreto armado utilizando-se o método dos elementos finitos, no qual os elementos estruturais de concreto armado sãodiscretizados através de uma malha com elementos finitos para representar o concreto, bem como as armaduras. Para a validação dos resultados quanto à capacidade do modelo computacional implementado de representar os principais aspectos do comportamento de materiais quase-frágeis, analisam-se testes numéricos comparando-os com resultados de ensaios experimentais realizados que serão apresentados e discutidos neste trabalho. / This dissertation presents a constitutive model based on the Continuum Damage Mechanics to enable a numerical simulation of quasi-brittle materials behavior when submitted to mechanical and non mechanical actions through the reduction of the material stiffness and its resistance properties. The damage model presented makes use of two scalar damage variables, one to represent the degradation of concrete when under tensile stress and another one to represent the degradation of concrete when under compression stress. The reinforcement behavior is numerically simulated as a unidimensionalelastoplastic model in which the effects of the material’s isotropic and cinematic stiffness are taken into consideration. The model makes use of the algorithm of the explicit and implicit integration (IMPLEX) and it is applied in reinforced concrete structure analyses utilizing the finite element method. In this method, the structural elements of the reinforced concrete are discretized through a mesh of finite elements to represent both the concrete and the reinforcements. To validate the results regarding the capacity of the computational model implemented to represent the main aspects of quasi-brittle materials’ behavior, numerical tests were analyzed comparing them to experimental test results that will be introduced and discussed in this paper.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-05-09T16:53:45Z No. of bitstreams: 1 2017_GuilhermeOliveiraFerrazdePaiva.pdf: 17231272 bytes, checksum: 169b2d5a9d5dbf62a7fe7a19e209139b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-05-09T18:13:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GuilhermeOliveiraFerrazdePaiva.pdf: 17231272 bytes, checksum: 169b2d5a9d5dbf62a7fe7a19e209139b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-09T18:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GuilhermeOliveiraFerrazdePaiva.pdf: 17231272 bytes, checksum: 169b2d5a9d5dbf62a7fe7a19e209139b (MD5) Previous issue date: 2017-05-09 / Este trabalho teve como objetivo analisar e implementar funções de enriquecimento polinomiais e descontínua, conforme a estratégia do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG), para aplicação em simulações de problemas de falhas em estruturas utilizando um modelo de dano bilinear. A mais importante contribuição desta pesquisa foi o estudo do dano em membros estruturais sob falhas utilizando malhas grosseiras, com aplicação de funções de enriquecimento para melhorar a aproximação da distribuição do dano. Os resultados foram validados por meio da comparação com o caminho da trinca observado e também com curvas experimentais retiradas de diversos tipos de ensaios, com diferentes tipos de materiais e modos de falha. Os ensaios simulados foram: flexão em três pontos em vigas com entalhe central, cisalhamento em quatro pontos em viga com entalhe central e cisalhamento em quatro pontos em viga com duplo entalhe. Foram simulados tanto modelos com trinca geométrica, quanto modelos com a inserção da trinca via função Heaviside. Comprovou-se, então, a eficiência e acurácia do MEFG em melhorar a previsão do comportamento de ruptura em detrimento de uma análise de Elementos Finitos. Esta qualidade tornou-se mais evidente nas simulações com malhas grosseiras, visto que apresentaram resultados com precisão equivalente a outros encontrados na literatura, porém, com uma quantidade inferior de elementos. As principais consequência da aplicação do enriquecimento são a flexibilização do processo de geração de malha e a redução do custo computacional das análises, devido a quantidade de elementos utilizados na modelagem ser menor. / This work aimed to implement polynomial and discontinuous enrichment functions, according to the strategy of the Generalized Finite Element Method (GFEM), for application in simulations of failure problems in structures using a bilinear damage model. The most important contribution of this research was the study of damage in structural members under failure using coarse meshes, with application of enrichment functions to improve the approximation of the damage distribution. The results were validated by comparison with the observed crack path and also with experimental curves drawn from different types of tests, with different types of materials and failure modes. The simulated tests were: three-point bending beam with central notch, four-point shear beam with central notch, and four-point shear beam with double notch. Both models were simulated with geometric crack and with the insertion of the crack through Heaviside function. It was then verified the efficiency and accuracy of the GFEM in improving the prediction of the rupture behavior in detriment of a Finite Element analysis. This feature became more evident in simulations with coarse meshes, since they presented results with accuracy equivalent to others found in the literature, but with lower number of elements. The main advantage of the proposed strategy is the flexibility of the mesh generation process and the reduction of the computational cost of the overall simulation.

O plano de trabalho proposto insere-se no âmbito da linha de pesquisas em Mecânica de Materiais com aplicação da Mecânica do dano Contínuo, dando-se ênfase para a questão de localização de deformações decorrente do emprego de modelos constitutivos com encruamento negativo (softening). Em particular, a motivação é oferecer uma contribuição ao estudo de uma das técnicas de regularização da resposta numérica, que objetivam eliminar a dependência dos resultados com relação à discretização adotada. Tal técnica de regularização consiste na consideração de gradientes da variável de dano na formulação dos modelos constitutivos. Tanto aspectos teóricos como de aplicação numérica são explorados, destacando-se nos primeiros uma análise do efeito da inclusão de gradientes de ordem superior na relação constitutiva e o emprego do Método dos Elementos Finitos em sua formulação em variáveis generalizadas no segundo aspecto. Outros aspectos complementares são também discutidos, relacionados à formulação variacional e algoritmos de integração em passo finito dos modelos em estudo. Os exemplos de aplicação consistem de análises estática e dinâmica de estruturas, realizando-se um confronto com resultados disponíveis na literatura ou mesmo com observações experimentais de ensaios de laboratório. / This work is inserted in the researches in Material Mechanics with an application in Continuum Damage Mechanics, emphasising the issue about localisation of deformations according to the use of constitutive models with softening. In particular, the motivation is to offer a contribution to one of the regularisation techniques of the numerical response, aiming to eliminate mesh dependence of the results. This regularisation technique consists in considering gradients of the damage variable in the formulation of constitutive models. Theoretical aspects as well as numerical application are explored, highlighting the analysis of the effect of the inclusion of gradients in the constitutive relation in the first aspect, and using Finite Element Methods with generalise variables in the second one. Other complementary aspects will also be discussed associated to the variational formulation and integration algorithms in finite steps of the studied models. The examples consist in dynamic and static analysis of structures, comparing with numerical and experimental results available in the literature.

Este trabalho trata da formulação de leis constitutivas para meios elásticos, que uma vez danificados passam a apresentar diferentes comportamentos em tração e em compressão e certo grau de anisotropia. Inicialmente é revista uma formulação para meios elásticos anisótropos e bimodulares, sendo a mesma, então, estendida para incorporar os casos de meios elásticos com anisotropia e bimodularidade induzidas pelo dano. Seguindo os conceitos da mecânica do dano contínuo e a extensão mencionada da formulação, propõe-se um modelo constitutivo para o concreto assumindo por hipótese fundamental, a equivalência de energia entre meio danificado real e meio contínuo equivalente. Tal hipótese garante a simetria do tensor constitutivo e a sua consistência termodinâmica. De acordo com o modelo proposto, o material é considerado como um meio elástico inicialmente isótropo que passa a apresentar anisotropia induzida pela evolução do dano. Além disso, a danificação pode também induzir uma resposta bimodular no material, isto é, respostas elásticas diferentes para estados de tensão de tração ou de compressão predominantes. Nesse sentido, dois tensores de dano governando as rigidezes em regimes predominantes de tração ou de compressão são introduzidos. Sugere-se então, um critério afim de caracterizar os estados dominantes. As deformações permanentes induzidas pelo dano são, de uma forma geral, desconsideradas. No entanto, propõe-se uma versão unidimensional do modelo que permite a sua consideração. Por outro lado, os critérios para a ativação inicial dos processos de danificação e de sua posterior evolução são escritos em termos de densidade de energia de deformação. Os parâmetros do modelo podem ser identificados mediante experimentos, onde estados de tensão uniaxial e biaxial são induzidos. Também propõem-se leis de evolução de dano com base nos resultados experimentais. A boa coerência do modelo é ilustrada comparando-se uma série de respostas experimentais e numéricas no concreto relativas a estados de tensão uni, bi e triaxiais. Por fim, o modelo é empregado em análises unidimensionais e planas de vigas e pórtico em concreto armado com o objetivo de mostrar a sua potencialidade. / This thesis deals with the formulation of constitutive laws for elastic media that start to present different behaviours in tension and compression and some anisotropy degree when damaged. Initially a formulation for bimodular and anisotropic elastic media is reviewed; then it is extended to take into account the bimodularity and anisotropy induced by damage. Following the concepts of the continuum damage mechanics and the formulation extension, a constitutive model is proposed here by exploring the fundamental hypothesis of energy equivalence between real and continuous medium. Such hypothesis guarantees symmetry to the constitutive tensor and its thermodynamic consistency. According to the proposed modeling, the material is assumed as an initial elastic isotropic medium presenting anisotropy induced by damage evolution. Moreover, damage can also induce a bimodular response in the material, i.e., distinct elastic responses whether traction or compression stress states prevail. To take into account the bimodularity conveniently, two damage tensors governing the rigidity in traction or compression regimes are introduced. A criterion is proposed in order to characterize the dominant states. In general, the permanent strains induced by damage are disregarded. However, a one-dimensional version of the model that allows considering permanent strains is proposed. On the other hand, damage criteria indicating the initial and further evolution of damage are expressed in terms of strain energy densities. The model parameters can be identified from experiments where one-axial and two-axial stress states are induced. Damage evolution laws are also proposed on the basis of experimental results. The good performance of the model is illustrated by comparing a variety of numerical and experimental responses, from one to three-axial stress states. Finally, the model is used in one-dimensional and plane analysis of reinforced concrete beams and frame in order to show its potentiality.

O trabalho trata da formulação, implementação e aplicação de um modelo para análise não-linear de estruturas reticuladas planas em concreto armado, baseado no conceito simplificado de localização dos processos físicos irreversíveis (dano, plasticidade e histerese) em zonas previamente definidas denominadas rótulas que se localizam nas extremidades de um elemento finito de barra. O modelo proposto tem por objetivo reproduzir os deslocamentos residuais relacionados tanto ao comportamento plástico do concreto danificado quanto ao escoamento do aço, além de possibilitar a reprodução de laços de histerese observados experimentalmente em diagramas momento-rotação, ou equivalentemente força-deslocamento, quando a história de carregamento incluir ciclos de descarregamento e recarregamento. A formulação termodinâmica é desenvolvida fazendo-se referência as variáveis de tensão e deformação generalizadas em razão de sua aplicação no âmbito da teoria clássica de flexão de barras. Neste modelo a não-linearidade do elemento estrutural é totalmente decorrente da dissipação de energia localizada nas rótulas e é representada por três variáveis escalares a elas associadas: a variável adimensional de dano, a rotação plástica e a rotação por escorregamento, que representa o fenômeno físico do escorregamento entre as faces das microfissuras no concreto (encaixe e desencaixe dos agregados). Na fase de aplicações as respostas numéricas obtidas com a utilização do modelo proposto foram avaliadas mediante o confronto com diversos resultados experimentais disponíveis na literatura para estruturas de concreto armado sob solicitações estáticas e dinâmicas. Os resultados obtidos evidenciam o bom funcionamento do modelo no caso das solicitações estáticas, tendo sido obtidos resultados limitadamente satisfatórios no caso das solicitações dinâmicas. / This work deals with the formulation, implementation and application of a model for nonlinear analysis of reinforced concrete planed frame structures, based on the simplified concept of localization of the irreversible physical processes (damage, plasticity and hysteresis) in zones previously defined called hinges which are located in the extremities of a bar finite element. The proposed model has as objective to reproduce the residual displacements related to the plastic behavior of the damaged concrete as well as to the steel yielding, moreover making possible the reproduction of hysteresis loops experimentally observed in moment-rotation diagrams, or equivalently force-displacement, when the loading history includes unloading and reloading cycles. The thermodynamic formulation is developed referring to generalized stress and deformation variables due to their application in the scope of the classic theory of bars bending. In this model the nonlinearity of the structural element is totally due to the energy dissipation in the hinges and is represented by three scalar variables associated to them: the non-dimensional damage variable, the plastic rotation and the sliding rotation, which represents the physical phenomenon of sliding between the microcracks faces in the concrete (aggregate interlocking). In the applications phase, the numerical solutions obtained with the use of the proposed model had been evaluated by confrontation with various experimental results available in the literature of reinforced concrete structures under static and dynamic solicitations. The obtained results evidence the good performance of the model in the case of static solicitations, having been obtained limited satisfactory results in the case of dynamic solicitations.

O trabalho tem o objetivo de contribuir no avanço das metodologias de cálculo de esforços e deslocamentos em serviço das estruturas de pavimentos de edifícios a partir da consideração de modelos não-lineares que representam com mais fidelidade o comportamento real do concreto armado. A forte não-linearidade física revelada nas curvas tensão-deformação obtidas de ensaios de corpos de prova de concreto atesta a exigência crescente de sua consideração nos modelos matemáticos de previsão do comportamento das estruturas usuais de concreto armado. Os modelos fundamentados na Mecânica do Dano Contínuo aplicam-se à previsão do comportamento do concreto por ser este um material que apresenta degradação de suas propriedades mecânicas em função do crescimento de microfissuras continuamente distribuídas na massa do material. O trabalho consta da implementação de dois algoritmos que descrevem os modelos de dano para o concreto propostos por Mazars e Cervera et all. que tem por finalidade a determinação de esforços e deslocamentos em grelhas de pavimentos de concreto armado supondo a armadura concentrada em uma única camada e obedecendo a um regime de comportamento elasto-plástico com encruamento. O método dos elementos finitos é aplicado e o modelo é transformado da relação escrita em termos de \"tensão X deformação\" para \"momento X curvatura\". / This work aims to contribute with the displacement and effort evaluation methodology for building floor structures in service, by taking into consideration nonlinear models that can better represent the actual reinforced concrete behaviour. The strong physical non-linearities shown by the stress x strain curves built from concrete testing samples emphasise the necessity of considering them to write the mathematical models used to simulate usual reinforced concrete structures. Models based on the continuum damage mechanics are applied to evaluate the concrete behaviour, due to be that material susceptible to mechanical property degradation achieved due to the growth of microfissures continually distributed inside the body. The work consists on the implantation of two algorithms based on the damage models proposed by Mazars and Cervera et all, aiming to find displacements and efforts in reinforced concrete floor grids, assuming that the reinforcement is concentrated at a single layer and follows an elasto-plastic relationship. The classical stress x strain relationship is transformed into a relation given in terms of moment x curvature to be implemented together a non-linear finite element approach.

Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Coorientador: Luís Antônio Guimarães Bitencourt Júnior / Banca: Caio Gorla Nogueira / Banca: Leonardo José do Nascimento Guimarães / Resumo: Este trabalho aborda a simulação de problemas que envolvem contato mecânico, utilizando uma nova técnica de acoplamento de malhas independentes de elementos finitos. Esta técnica se baseia no uso de elementos finitos especiais denominados elementos finitos de acoplamento, que compartilham nós de malhas independentes. A técnica é capaz de estabelecer a interação entre duas malhas de elementos finitos, representando dois domínios diferentes, que compartilham entre si uma ou mais de suas faces. No caso mais geral, devido a possíveis diferenças nas dimensões e naturezas dos domínios, as posições dos nós na face de uma malha podem não coincidir com as posições dos nós da outra malha. As principais vantagens da técnica proposta são: (i) não há adição de graus de liberdade para a resolução do problema; (ii) um acoplamento não rígido pode ser considerado para descrever o comportamento não linear de interfaces similares aos modelos coesivos e (iii) malhas não compatibilizadas de quaisquer dimensões e quaisquer tipos de elementos finitos podem ser compatibilizadas. Como extensão da utilização da técnica, visa-se representar a interação entre duas peças genéricas distintas, demonstrando a capacidade da técnica em simular efeitos de contato, ou de perda de contato, de forma coerente e precisa. Foram empregados modelos baseados na mecânica do dano contínuo para simular efeitos de atrito em uma formulação de acoplamento não rígido. Os resultados obtidos neste trabalho demostram que a repre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work deals with the numerical simulation of contact problems using a novel technique for coupling non-matching finite element meshes. The technique is based on the use of special finite element termed coupling finite element, which share nodes with non-matching meshes. Thus, the interaction among two non-matching meshes, representing two different subdomains of a problem can be described. In additional, this technique has demonstrated to be highly versatile, since no additional degree of freedom is introduced to the problem; non-rigid coupling can be considered to describe the nonlinear behavior among the subdomains and nonmatching meshes of any dimension and any type of finite elements can be coupled. In this work the technique is applied to simulate the interaction among some parts of mechanical components discretized initially in finite elements in a totally independent way, by demonstrating its capability to represent contact problems or loss of adherence. A combined constitutive model based on the damage mechanics theory is used for modeling the friction effects using a non-rigid coupling procedure. The results demonstrated that the strategy applied can represent the interaction among the parts of mechanical components, coherently and accurately / Mestre