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.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaCMCB_DISSERT.pdf: 5204946 bytes, checksum: 70bedde30acbc8578034105c8c4fc24e (MD5) Previous issue date: 2013-07-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The utilization of synthetic fibers for plastic reinforcement is more and more frequent and this growing interest requires that their mechanic behavior under the most variable conditions of structural applications be known. The use of such materials in the open and exposed to the elements is one of them. In this case, it becomes extremely necessary to study their mechanical properties (strength, stiffness) and the mechanism of fracture by which the environment aging them out. In order to do that, the material must be submitted to hot steam and ultraviolet radiation exposure cycles, according to periods of time determined by the norms. This study proposal deals with the investigation of accelerated environmental aging in two laminated polymeric composites reinforced by hybrid woven made up of synthetic fibers. The configurations of the laminated composites are defined as: one laminate reinforced with hybrid woven of glass fibers/E and Kevlar fibers/49 (LHVK) and the other laminate is reinforced with hybrid tissue of glass fibers/E and of carbon fibers AS4 (LHVC). The woven are plane and bidirectional. Both laminates are impregnated with a thermofix resin called Derakane 470-300 Epoxy Vinyl-Ester and they form a total of four layers. The laminates were industrially manufactured and were made through the process of hand-lay-up. Comparative analyses were carried out between their mechanical properties by submitting specimen to uniaxial loading tractions and three-point flexion. The specimen were tested both from their original state, that is, without being environmentally aging out, and after environmental aging. This last state was reached by using the environmental aging chamber / O interesse na utiliza??o dos pl?sticos refor?ados por fibras sint?ticas ? cada vez mais crescente e esse grande interesse na utiliza??o dos mesmos faz com que seja necess?rio o conhecimento do comportamento mec?nico desses materiais sob as mais variadas condi??es de aplica??o estrutural. Dentre estas pode ser destacada a aplica??o desses materiais em situa??es em o elemento encontra-se exposto ? intemp?rie, e nesse caso os estudos das propriedades mec?nicas (resist?ncia, rigidez) al?m do mecanismo fratura frente ao envelhecimento ambiental s?o de extrema necessidade. Para tanto, submeter o material ? per?odos c?clicos de exposi??o ao vapor aquecido e ? de radia??o ultravioleta, por tempo definido em norma, se faz necess?rio. A presente proposta de trabalho de investiga??o consiste no estudo do envelhecimento ambiental acelerado em dois laminados comp?sitos polim?ricos refor?ados por tecidos h?bridos ? base de fibras sint?ticas. As configura??es dos laminados comp?sitos s?o definidas como: um laminado refor?ado com tecido h?brido de fibras de vidro/E e de fibras kevlar/49 (LHVK) e outro laminado refor?ado com tecido h?brido de fibras de vidro/E e de fibras de carbono AS4 (LHVC). Os tecidos s?o dos tipos planos e bidirecionais. Ambos os laminados foram impregnados a base de resina termofixa Derakane 470-300 Ep?xi Vinil-Ester e constitu?dos com quatro camadas no total. Os laminados t?m fabrica??o industrial e foram obtidos atrav?s do processo de lamina??o manual (Hand-lay-up). Foram realizados estudos comparativos entre as propriedades mec?nicas sob a a??o dos carregamentos de tra??o uniaxial e flex?o em tr?s pontos, nas condi??es dos corpos de prova sem o efeito do envelhecimento ambiental (estado original) e sob o efeito desse envelhecimento (estado envelhecido). O envelhecimento ambiental foi acelerado atrav?s do uso da c?mara de envelhecimento