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O MEC e o MEF aplicados à análise de problemas viscoplásticos em meios anisotrópicos e compostos / The BEM and FEM applied for analysis of viscoplastics problems in the anisotropic and composites medias

Leandro Vanalli 06 August 2004 (has links)
O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de formulações e de códigos computacionais que possibilitem a análise bidimensional estática de meios contínuos anisotrópicos viscoplásticos reforçados ou não por fibras. Especificamente, as análises numéricas envolvem aplicações dos métodos dos elementos de contorno (MEC) e dos elementos finitos (MEF), comparando-se os resultados obtidos com respostas analíticas e experimentais, disponíveis na literatura, buscando-se assim, subsídios teóricos que permitam o entendimento de problemas mais gerais envolvendo meios anisotrópicos. Para tanto são empregados elementos finitos triangulares com aproximações cúbica e quadrática para os deslocamentos na modelagem dos domínios. Na consideração do reforço com fibras, elementos finitos de barras simples são empregados. A formulação desenvolvida proporciona também a consideração de distribuição randômica das fibras imersas no meio sem qualquer aumento dos graus de liberdade do problema analisado, diferindo-se assim, das formulações conhecidas até o momento. Com o MEC, a análise de plasticidade e viscoplasticidade em meios com anisotropia geral é feita de maneira original no trabalho, destacando-se a consideração de lei de fluxo plástico não-associativa e o tratamento de viscosidade apenas com integrais de contorno, sem a utilização de aproximações de domínio. Uma quantidade significativa de exemplos é apresentada, possibilitando a verificação da eficiência das formulações e dos códigos desenvolvidos / The objective of the present work is the development of formulations and computational codes that enable the static bidimensional analysis of the viscoplastic anisotropic medias reinforced, or not, by fibers. Specifically, the numerical analysis involve applications of the boundary elements method (BEM) and finite elements (FEM), comparing the results obtained with analytical and experimental solutions available in the literature, allowing the understanding of general problems in anisotropic media. Two-dimensional finite elements with cubic and quadrate approximations for the displacements are used to model domains. Reinforcements are modeled by truss finite elements. The developed formulation provides the consideration of random distribution of the fibers, without any additional degree of freedom of the problem. With the BEM, the plasticity and viscoplasticity analysis in general anisotropic medias is originally developed in the present work, emphasizing the consideration of non-associative plastic flow and the treatment of viscosity just with boundary integrals, without domain approximation. Various examples are shown in order to verify the efficiency of the proposed formulation and developed computational codes
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Formulação do método dos elementos de contorno para materiais porosos reforçados / Boundary element method formulation for reinforced porous material

Wilson Wesley Wutzow 16 May 2008 (has links)
Neste trabalho, propõe-se uma formulação não linear baseada no método dos elementos de contorno, para representação de domínios poro-elasto-plásticos reforçados. Esta formulação é apresentada para os casos saturado e não saturado. Para o problema poroso enrijecido um acoplamento com o método dos elementos finitos é empregado, e a técnica de mínimos quadrados permite a regularização dos deslocamentos e do vetor de forças de superfície ao longo das interfaces de acoplamento. São empregadas expressões analíticas para o tratamento das integrais de contorno e de domínio presentes na formulação do método dos elementos de contorno. A formulação de Biot é empregada para a descrição de meios porosos saturados e uma formulação energética baseada nos trabalhos de Coussy é adaptada para a extensão ao caso não saturado. Neste caso, a pressão capilar e energia das interfaces são levadas em consideração. O nível de saturação é descrito pelo modelo de Van Genuchten e o comportamento do esqueleto é descrito ou pelo modelo de Drucker-Prager ou pelo modelo de Cam-Clay modificado. O problema não linear obtido por uma descrição temporal associada a discretização espacial é resolvido pelo método de Newton-Raphson. No caso saturado, o operador tangente consistente é definido e utilizado para obtenção da solução do sistema. Exemplos numéricos são apresentados para validar a formulação proposta. / In this work a nonlinear formulation of the boundary element method (BEM) is proposed to deal with saturated and unsaturated poro-elasto-plastic 2D reinforced domains. To model reinforced porous domains a BEM/FEM (Finite Element Method) modified coupling technique is employed. The coupling is made by using the least square method to regularize the displacement and traction distributions along the interfaces. Analytical expressions have been derived for all boundary and domain integrals required for the formulation. The Biot formulation is used for the description of the saturated porous environments and an energetic consistent formulation based on work of Coussy is adopted for its extension to the framework of unsaturated porous media. In this case, the capillar pressure and the interface energy are taken into account. The Van Genuchten model is used for the determination of saturation level in non-saturated poro-elasto-plastic problems. The Drucker-Prager modified model if used for the saturated poro-elasto-plastic problems and the modified Cam-Clay model for the representation of non-saturated poro-elasto-plastic problems. For the saturated case, the consistent tangent operator is derived and employed inside a Newton procedure to solve non-linear problems. Numerical solutions are presented to validate the proposed models.
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Aplicação do acoplamento entre o MEC e o MEF para o estudo da interação dinâmica elastoplástica entre o solo e estruturas / BEM/FEM coupling application to the study of the elastoplastic dynamic interaction between soil and structures

Francisco Patrick Araujo Almeida 24 October 2003 (has links)
O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de um código computacional que possibilite a análise dinâmica de estruturas tridimensionais em regime elástico-linear acopladas ao solo, tratado como meio infinito elastoplástico. As superestruturas são tratadas por elementos finitos simples de casca e de barra geral, as estruturas de fundações são tratadas por elementos de casca que simulam o contato com o solo, modelando radiers, túneis e reservatórios enterrados. Blocos são modelados por elementos de contorno tridimensionais. O solo é modelado de duas maneiras distintas: na região plastificada emprega-se a solução fundamental de Kelvin (estática) e na região não plastificada (elástica) adota-se a solução fundamental do problema de Stokes. O acoplamento entre os meios é feito aplicando-se a técnica de subregiões. Deve ficar claro que todo procedimento estático equivalente foi implementado. Vários exemplos numéricos são apresentados, onde se percebe a eficiência do código computacional desenvolvido / The objective of the present work is the development of a computational code that makes possible dynamic analyses of three-dimensional structures in elastic-linear behavior coupled to the soil, modeled as elastoplastic infinite medium. Simple finite elements, shell and general bars, are used to model elastic structures. The structures of foundations are modeled by shell’s elements which simulate the contact with the soil, modeling radiers, tunnels and buried reservoirs. Blocks are modeled by three-dimensional boundary elements. The soil is modeled in two different ways: in the plastic region Kelvin’s fundamental solution (static) is used and in the elastic region the fundamental solution of the Stoke’s problem is adopted. The coupling among the media is done applying the sub-region technique. It is important to note that the equivalent static procedure has been implemented. Several numerical examples are presented, demonstrating the efficiency of the developed computational code
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Otimização metaheurística de linhas de transmissão pela avaliação do vetor de poynting utilizando o método dos elementos de contorno

Oliveira, Lucas Vitor Fonseca de 30 March 2012 (has links)
Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-05-31T15:07:36Z No. of bitstreams: 1 lucasvitorfonsecadeoliveira.pdf: 1420167 bytes, checksum: b5075b7ccc33c587012a46901a9b21af (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-02T12:44:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasvitorfonsecadeoliveira.pdf: 1420167 bytes, checksum: b5075b7ccc33c587012a46901a9b21af (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-02T12:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasvitorfonsecadeoliveira.pdf: 1420167 bytes, checksum: b5075b7ccc33c587012a46901a9b21af (MD5) Previous issue date: 2012-03-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com a abertura legal do setor elétrico brasileiro na década de 90 para investimentos privados, em especial com a implantação sistemática de leilões para definição dos concessionários de transmissão, diversos estudos foram efetuados com o objetivo de viabilizar projetos de linha de transmissão de modo a concorrem nesses leilões. Grandes transmissoras, como Furnas, Chesf e Eletronorte promoveram pesquisas em consórcio com empresas construtoras de linhas e fabricante de ferragens e isoladores, com o objetivo de desenvolverem projetos com baixa relação Reais/MW transmitido. Neste cenário, muitos projetos de linhas de potência natural elevada foram idealizados e implantados, e como fruto desses projetos, publicações foram realizadas descrevendo os resultados obtidos. Todavia, apesar da quantidade, qualidade e riqueza das informações publicadas, a descrição do processo de otimização dos parâmetros elétricos da linha, em especial da impedância característica, não receberam destaque, sendo muita das vezes suprimida nos artigos. Neste sentido, este trabalho propõe a investigação de um método inovador de otimização da capacidade de transmissão de linhas de potência natural elevada, através da análise indireta dos efeitos da variação do posicionamento dos cabos condutores no feixe sobre a impedância característica da linha, por meio de uma abordagem original que utiliza basicamente o vetor de Poynting como função objetivo do Método de Otimização por Enxame de Partículas, sendo os campos elétricos e magnéticos necessários para definição do vetor de Poynting calculados por meio do Método dos Elementos de Contorno. O método foi validado utilizando como exemplos a otimização das configurações de feixes da linha de 500 kV Interligação Norte/SUL III – Trecho 2 e Linha de 500 kV Presidente Dutra / Teresina / Sobral / Fortaleza. Foram encontrados ganhos na capacidade de transmissão de 7% e 22% respectivamente devido à redução da impedância característica calculada após a otimização através da rotina Line Constants do programa ATP/EMTP, e comparando-a com os valores originais. / With the legal opening for private investments in the Brazilian energy sector in the 90's, in particular the systematic implementation of auctions for defining power transmission concessions, several studies were made with the aim of developing transmission line projects in order to compete in these auctions. Major transmission companies such as Furnas, Eletronorte and CHESF promoted consortium research with line builders and hardware and insulators manufacturers, in order to develop projects with low cost/MW transmitted. In this scenario, many projects of high surge-impedance loading lines were developed and implemented, and as a result of these projects, publications were made describing the results. However, despite the quantity, quality and resourcefulness of published information, the descriptions of the optimization process of electrical line parameters, especially regarding characteristic impedance, were not given prominence, being often suppressed from the articles. Thus, this study proposes the investigation of a method for optimizing the transmission capacity of high surge-impedance loading lines, varying the power cables in the bundle, indirectly reducing its characteristic impedance through an original approach that uses basically the Poynting's vector as objective function of the Particle Swarm Optimization method.The electric and magnetic fields needed for defining the Poynting vector were calculated using the Boundary Element Method. The method was validated through the optimization of bundle configuration, using as a model the characteristics of the 500 kV line North / South Interconnection III - Segment 2 and the 500 kV line Presidente Dutra / Teresina / Sobral / Fortaleza. It was found transmission capacity gains of 7% and 22% respectively, by reducing the characteristic impedance, which was calculated after the optimization using the EMTP/ATP Line Constants Program, comparing it with the original values.
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Estratégia para a solução numérica do problema inverso da identificação de inclusões em domínio condutor

Peters, Franciane Conceição 27 January 2010 (has links)
Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-02-23T19:26:50Z No. of bitstreams: 1 francianeconceicaopeters.pdf: 4730497 bytes, checksum: 201c60342a8bf9edc9b308fa50fafa54 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-02-24T12:08:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 francianeconceicaopeters.pdf: 4730497 bytes, checksum: 201c60342a8bf9edc9b308fa50fafa54 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-24T12:08:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 francianeconceicaopeters.pdf: 4730497 bytes, checksum: 201c60342a8bf9edc9b308fa50fafa54 (MD5) Previous issue date: 2010-01-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A construção de imagens associadas à distribuição de condutividades no interior de um meio condutor a partir de injeção de corrente elétrica e medidas de potencial no contorno externo do corpo é uma técnica conhecida como tomografia por impedância elétrica. É um problema inverso que tem sido estudado visando aplicações biomédicas, monitoramento de processos industriais e investigação geofísica. Em alguns casos, é possível levar em consideração informações conhecidas sobre o domínio do corpo no processo de construção da imagem, recaindo no problema da detecção de inclusões que é o problema efetivamente tratado neste trabalho. Este problema pode ser resolvido por meio da minimização de uma função da diferença entre potenciais medidos no contorno e calculados para uma dada distribuição de condutividades. O presente trabalho desenvolve uma estratégia para a solução deste problema baseada na parametrização da geometria do contorno das inclusões cujas formas e dimensões se pretende determinar. O problema de minimização é resolvido por meio do Método de Levenberg-Marquardt e o problema direto via Método dos Elementos de Contorno. Para avaliar o desempenho da estratégia proposta são apresentados resultados numéricos envolvendo contornos definidos por splines, problemas com a presença de ruído nas medidas, avaliação de protocolos de injeção de corrente e medição de potencial elétrico e ainda uma aplicação voltada ao monitoramento cardíaco. / The images reconstruction of the conductivity distribution inside a conductive body based on electrical current injection and potential measurements on the outer boundary of this body is a technique known as electrical impedance tomography. This is an inverse problem that has been studied in biomedical applications, industrial process monitoring and geophysics investigation. In some cases, it is possible to take into account in the reconstruction process, informations about the body, leading to the problem of identifying inclusions, that is the problem actually treated in this work. This inverse problem can be solved by the minimization of a function, defined as the difference between the measured potentials and the computed ones for a given conductivity distribution. The present work describes a strategy to solve this problem based on the parametrization of the inclusions boundary, whose shape and size is intended to be determined. The minimization problem is solved via Levenberg-Marquardt Method and the forward one is solved via Boundary Elements Method. In order to evaluate the performance of the proposed strategy, numerical experiments with inclusions of boundaries defined by splines, problems with noisy data, current injection and potential measurement protocols and an application of the strategy to the cardiac function monitoring are presented.
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Análise fonética e fonológica da língua Krenak e abordagem preliminar de contos Botocudo / Phonetic and phonological analysis of Krenak Language and preliminary approach of Botocudo tales

Pessoa, Katia Nepomuceno, 1980- 01 June 2012 (has links)
Orientador: Lucy Seki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Estudos da Linguagem / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:23:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pessoa_KatiaNepomuceno_D.pdf: 32464697 bytes, checksum: d889efd1819683032b3b3b0071e3161c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Botocudo é um nome genérico aplicado aos índios que tinham como padrão de cultura o uso de botoques de madeira, auriculares e labiais, prezando por adornos corporais (pulseiras, perneiras, colares e pintura no corpo) (MARCATO, 1979). Esses índios ocupavam as regiões do interior do leste e sudeste brasileiro, vivendo em faixas florestais da Mata Atlântica e Zona da Mata e foi sobre eles que se deu a maior repressão oficial e extraoficial do homem branco contra uma população indígena já registrada no Brasil, o que levou ao desaparecimento de quase todos os membros pertencentes a este grupo. Atualmente, os únicos representantes sobreviventes são os índios Krenak, que habitam a Aldeia Krenak, às margens do rio Doce, entre as cidades de Conselheiro Pena e Resplendor, no Estado de Minas Gerais. A língua Krenak é considerada como uma língua em situação de extremo risco de extinção. Mesmo assim, assumimos que a língua continua viva e que deve, portanto ser descrita, a fim de que possamos contar com estudos cada vez mais recentes e que ofereçam mais informações linguísticas sobre as línguas da família Botocudo/ Krenak Neste trabalho, temos como objetivo principal descrever aspectos fonéticos e fonológicos da língua Krenak. De modo complementar, apresentamos uma descrição da morfossintaxe da língua, segundo Seki (2000, 2001, 2004) e, a partir destes estudos, propomos uma análise preliminar de contos Botocudo, coletados pelo pesquisador russo Heri Herikovich Manizer, em 1915. Os dados de áudio foram coletados por Seki, entre os anos de 1979 e 1981. O estudo fonético revelou características articulatórias das nasais surdas e dos segmentos de contorno (as nasais pré e pós oralizadas) da língua. A descrição fonológica permitiu distinguir vogais orais e nasais, diferentemente do que fora proposto anteriormente no estudo de Silva (1986). As reflexões fonológicas tiveram por base a Geometria dos Traços (Clements e Hume, 1995) e a tipologia proposta por Wetzels (2008), a qual nos permitiu argumentar em favor da existência de uma classe /B/ como subjacente no sistema da língua, mesmo que sua manifestação superficial seja predominantemente realizada por meio da forma bifásica [mb]. Na coda, foi possível identificar a presença de segmentos de contorno parcialmente orais/nasais, os quais ocorrem como uma estratégia da língua para preservar a distinção entre vogais orais x nasais. Estas considerações foram determinantes para a definição do padrão silábico e dos processos fonológicos observáveis na língua. Ainda, o estudo fonológico permitiu verificar características referentes ao acento do Krenak. Ainda, a fim de apresentar uma visão mais ampla da língua, incluímos em nossa discussão um resumo do estudo de Seki acerca das características morfossintáticas da língua Krenak. A partir dos estudos apresentados, passamos para uma apreciação dos contos Botocudo coletados por Manizer em 1915. Estes contos apresentam-se como um material inédito e podem vir a contribuir para a recuperação de aspectos lingüísticos e culturais do grupo Krenak. Veremos que, apesar de ser possível ter uma compreensão geral sobre o funcionamento da língua, existem ainda vários aspectos que precisam ser esclarecidos, como a função de alguns morfemas e partículas. No entanto, estes avanços talvez sejam viáveis apenas por meio de uma nova coleta que conte com a colaboração direta dos falantes atuais / Abstract: Botocudo is a common name applied to the natives who has a cultural pattern used to use wooden, lip and auricular botoques, valuing body adornments (bracelets, necklaces, body painting and others) (MARCATO, 1979). These natives used to occupy the Brazilian east and southeast hinterland, living in forest belts of the Atlantic Forest and Forest Zone and it was over them that there was the greater official and "off the record" white man repression against an indigenous population ever registered in Brazilian records, which led to the disappearance of almost all the members belonging to this group. Nowadays, the only remaing survivors are the Krenak indians who live in the Krenak village, on the banks of Rio Doce, between the cities of Conselheiro Pena and Resplendor, in the state of Minas Gerais. The Krenak language is considered as in extreme extinction risk. Even though, it is assumed that it is still alive and, therefore, it must be described hence we can count on new and recent studies which provide more linguistic data on the Botocudo/Krenak family. In this dissertation, the main goal is to describe phonetic and phonologic aspects of the Krenak language. As a complement, we present a description of the language's morphosyntax, according to Seki (2000, 2001, 2004) and, from these studies, we propose a preliminary analysis of Botocudo tales, collected by the Russian researcher Heri Herikovich Manizer, in 1915. The audio data was collected by Seki, between the years of 1979 and 1981. The phonetic study revealed articulatory characteristics of voiceless nasals and the contour segments (the pre and post oralized nasals) of the language. The phonological description allowed distinguishing oral and nasal vowels, differently from what was posed by Silva (1986). The phonological analysis were based on the Feature Geometry (Clements e Hume, 1995) and the typology on Wetzels (2008), which granted us talking about the existence of a class /B/ as an underlying segment of the language system, even if its superficial manifestation is mostly done through its biphasic form [mb]. In the coda it was possible to identify the presence of contour segments partially oral/nasal, which occur as a language strategy to preserve the distinction between oral and nasal vowels. These considerations were determinant to define the syllabic pattern and the language observable phonological processes. Yet, the phonological study allowed verifying characteristics related to the Krenak accent. In order to present a wider perspective of the language, we included in this work a summarized Seki's study concerning morphossyntatic characteristics of Krenak language. From the present studies, we go for an analysis of the Botocudo tales collected by Manizer in 1915. These tales are presented as an unpublished material and might contribute to the recovery of cultural and linguistic aspects of Krenak. We will see that, besides the possibility of having a general understanding of the language functionality, there are, still, many aspects which must be clarified such as, the function of certain morphemes and particles. However, these improvements may become impossible to happen until its done a new collection relied on the directly contribution of the current speakers / Doutorado / Linguistica / Doutor em Linguística
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Autofunções e Frequências de Vibração do Modelo Euler-Bernoulli para Vigas Não-Clássicas

Migotto, Dionéia 18 July 2011 (has links)
This paper presents a methodology for determining eigenfunctions and frequencies of the Euler-Bernoulli model for elastic beams that can include damping and devices located at intermediate or end points of the beam. The eigenfunctions or vibration modes of the beam are obtained by using solution basis generated by the dynamic solution of a fourth-order differential equation, through a block matrix formulation of the boundary and compatibility conditions. The use of the dynamic basis has been often used to reduce the calculations in obtaining the modes and frequencies. Forced responses are obtained with the Galerkin method by modifying the classical modal analysis with the inclusion of new conditions of orthogonality between modes that are suitable for problems with viscous damping or non-classical boundary conditions. / Este trabalho apresenta uma metodologia para determinar as autofunções e as frequências de um modelo Euler-Bernoulli para vigas elásticas que podem incluir amortecimento e dispositivos localizados num ponto intermediário ou nos extremos da viga. As autofunções ou modos de vibração da viga são obtidos usando uma base de solução gerada pela solução dinâmica de uma equação diferencial de quarta ordem, através de uma formulação matricial em blocos para as condições de contorno e de compatibilidade. O uso da base dinâmica tem sido frequentemente utilizada para reduzir os cálculos na obtenção dos modos e das frequências. Respostas forçadas são obtidas usando o método de Galerkin, modificando a análise modal clássica com a inclusão de novas condições de ortogonalidade entre os modos que são adequadas para problemas com amortecimento viscoso ou com condições de contorno não-clássicas
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Alguns problemas elípticos não homogêneos via transformada de Fourier / Some non-homogeneous elliptic problems via Fourier transform

Castañeda Centurión, Nestor Felipe, 1976- 04 October 2015 (has links)
Orientador: Lucas Catão de Freitas Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CastanedaCenturion_NestorFelipe_D.pdf: 1063498 bytes, checksum: bbaaad01ffead1389f469e88505aada5 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Por apresentar basicamente fórmulas, o Resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The complete Abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática
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[en] CRACK MODELING USING GENERALIZED WESTERGAARD STRESS FUNCTIONS IN THE HYBRID BOUNDARY ELEMENT METHOD / [pt] MODELAGEM DE TRINCAS COM O USO DE FUNÇÕES DE TENSÃO DE WESTERGAARD GENERALIZADAS NO MÉTODO HÍBRIDO DOS ELEMENTOS DE CONTORNO

ELVIS YURI MAMANI VARGAS 13 July 2016 (has links)
[pt] Apresenta-se uma formulação do método híbrido dos elementos de contorno para a análise de problemas planos de potencial e de elasticidade que, apesar de completamente geral para domínios finitos, é mais apropriada a aplicações de mecânica da fratura. A formulação exige integrações apenas ao longo do contorno e usa como soluções fundamentais, para interpolar campos no domínio, funções generalizadas do tipo Westergaard, inspiradas numa proposta feita por Tada et al. em 1993. Os conceitos de elementos de contorno são semelhantes aos conceitos apresentados por Crouch e Starfield em 1983, mas em um contexto variacional que permite interpretações mecânicas das equações matriciais resultantes. Problemas de topologia geral podem ser modelados, como ilustrado para domínios infinitos ou multiplamente conexos. A formulação é diretamente aplicável à solução de problemas de placas com entalhes ou trincas curvas internas ou de bordo, pois permite a descrição adequada de altos gradientes de tensão, sendo uma ferramenta simples para a avaliação de fatores de intensidade de tensão. Além disso, é possível determinar, num processo iterativo, a zona plástica ao redor da ponta de uma trinca. Esta tese tem foco no desenvolvimento matemático da formulação para problemas de potencial e de elasticidade. Vários exemplos numéricos de validação são apresentados. / [en] A particular implementation of the hybrid boundary element method is presented for the two dimensional analysis of potential and elasticity problems, which, although general in concept, is suited for fracture mechanics applications. The formulation requires integrations only along the boundary and uses fundamental solutions to interpolate fields in the domain. Generalized Westergaard stress functions, as proposed by Tada et al in 1993, are used as the problem s fundamental solutions. The proposed formulation leads to displacement-based concepts that resemble those presented by Crouch and Starfield, although in a variational framework that leads to matrix equations with sound mechanical meanings. Problems of general topology, such as in the case of unbounded and multiply-connected domains, may be modeled. The formulation, which is directly applicable to notches and generally curved, internal or external cracks, is especially suited for the description of the stress field in the vicinity of crack tips and is an easy means of evaluating stress intensity factors. The plastic phenomenon is taken into account around the crack tip through an iterative process. This thesis focuses on the mathematical fundamentals of the formulation of potential and elasticity problems. Several validating numerical examples are presented.
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[pt] ESQUEMA GERAL DE PROPAGAÇÃO BIDIMENSIONAL DE TRINCAS USANDO O MÉTODO CONSISTENTE DOS ELEMENTOS DE CONTORNO / [en] GENERAL TWO-DIMENSIONAL CRACK PROPAGATION SCHEME USING THE CONSISTENT BOUNDARY ELEMENT METHOD

GUILHERME OLIVEIRA RABELO 03 June 2022 (has links)
[pt] Apresenta-se neste trabalho um procedimento de análise de propagação de trincas a partir de um programa de computador baseado na formulação do método consistente dos elementos de contorno para problemas bidimensionais. Este método tem como uma das suas principais características a solução exata dos problemas de singularidade presentes na formulação. Além disso, com esta metodologia é possível representar a geometria da trinca com aberturas micrométricas, de forma semelhante ao observado em ensaios laboratoriais. Neste estudo, são analisados os resultados de propagação em três estruturas com geometrias distintas, cada estrutura submetida a diferentes combinações de carga, com o objetivo de reproduzir modos puros de carregamento I e II, assim como modo misto de carregamento. É realizado um estudo sobre o tamanho dos incrementos utilizados nos modelos e do ângulo de propagação, possibilitando determinar que o tamanho ideal dos elementos de novos trechos deve se limitar à mesma dimensão dos elementos vizinhos, evitando possíveis erros numéricos, enquanto o ângulo de propagação pode ser determinado utilizando os fatores de intensidade de tensão (FIT) KI e KII, empregando o conceito de tensão principal máxima. O FIT é obtido por meio de deslocamentos recíprocos próximos à ponta da trinca, sendo realizado um estudo com um exemplo de referência para medir a confiabilidade da técnica, com diferenças de no máximo 7 por cento. O desempenho observado utilizando a metodologia adotada neste estudo é comparado com outros resultados encontrados na literatura, mostrando caminhos de propagação de trinca semelhantes em todas as simulações. No decorrer do trabalho são explicados os conceitos de mecânica da fratura linearmente elástica e da geometria da trinca adotada, assim como o desenvolvimento do código computacional. / [en] This work presents a crack propagation analysis procedure on a computer program based on the consistent boundary element formulation for two-dimensional problems. This method has as one of its main features the exact solution of the singularity problems present in the formulation. In addition, with this methodology it is possible to represent the crack geometry with micrometric openings, similar to the cracks presented in laboratory tests. In this study, the propagation results in three structures with different geometries are analyzed, each structure subjected to different load combinations, in order to reproduce pure loading modes I and II, as well as mixed loading modes. A study is carried out on the size of the increments used in the models and on the propagation angle, making it possible to determine that the ideal size of the elements of new sections should be limited to the same dimension of the neighboring elements, avoiding possible numerical errors, while the propagation angle can be determined using the stress intensity factors (FIT) KI e KII, employing the concept of maximum principal stress. The FIT is obtained through reciprocal displacements close to the crack tip, and a study is carried out with a reference example to measure the reliability of the technique, with differences of at most 7 per cent. The performance observed using the methodology adopted in this study is compared with other results found in literature, showing similar crack propagation paths in all simulations. In the course of the chapters, the concepts of linearly elastic fracture mechanics and the adopted crack geometry are explained, as well as the development of the computational code.

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