[pt] Este trabalho versa sobre duas diferentes aplicações de sensores a redes de Bragg em fibra óptica. A primeira consiste no desenvolvimento de uma técnica de sensoriamento do pH empregando fibra óptica, que visa a monitoração contínua e permanente deste parâmetro em poços de petróleo depletados e de injeção. Nesta aplicação, as redes de Bragg são acopladas, através de um mecanismo transdutor, a sistemas poliméricos que respondem a alterações do pH apresentando uma variação expressiva de seu volume. O tempo de resposta e o fator de inchamento do sistema polimérico foram caracterizados para valores de pH 3, 4, 5, e 6, em soluções aquosas contendo sais dissolvidos em concentrações típicas das encontradas em águas de formação. As medições foram realizadas a temperaturas e pressões ambientes, assim como na presença de óleo, e após a pressurização do sistema polimérico até 5000 psi. Diferentes mecanismos transdutores foram projetados e construídos, e suas respostas, avaliadas em soluções aquosas com composição similar à das águas de formação. Foram estimadas a sensibilidade da técnica e as principais fontes de incerteza na medição do pH. Procurou-se também avaliar a funcionalidade dos mecanismos transdutores visando uma futura instalação em poço. Na segunda aplicação, é proposta uma técnica para a medição in situ da tensão residual induzida em filmes finos de alta dureza durante sua deposição em câmaras de sputtering assitido por rádio-frequência e campo magnético. A técnica é constituída por uma viga em aço engastada, tendo uma de suas faces instrumentada com um conjunto de redes de Bragg a fibra óptica, enquanto a face oposta é exposta ao fluxo de íons do material a ser depositado. O sistema sensor é instalado em uma câmara que opera sob alto vácuo, enquanto os aparelhos de leitura permanecem no exterior. A resposta do protótipo em função de variações do campo magnético e da temperatura no interior da câmara foi levantada. Em seguinda, foram realizadas medições da deformação da viga durante a deposição de filmes de sílica, de óxido de titânio-índio, e de carbeto de silício. A tensão residual dos filmes foi calculada e comparada com resultados de medições de curvatura do substrato realizadas empregando um perfilômetro. Tensões residuais de 6 MPa até 0,2 Gpa foram obtidas durante as diferentes deposições. / [en] This work treats of two different applications of optical fiber Bragg grating sensors. The first application consists of a pH sensing technique that employs optical fiber to permanent and continuously monitor the pH in depleted and injection oil wells. In this application, the Bragg gratings are coupled by a transduction mechanism to a polymeric system which responds to pH variations with a large volume change. The response time as well as the swelling factor of the polymeric system at pH 3, 4, 5, and 6 have been characterized in aqueous solutions with dissolved salts in concentrations typical of those found in formation waters. Experiments have been carried out at room temperature and pressures, in the presence of oil, and after pressurization up to 5000 psi. Several mechanisms of transduction have been designed, constructed, and tested in solutions similar to the formation waters. The sensitivity of the technique and the main sources of uncertainties related to the pH measurement have been investigated. Also, the functionality of the mechanisms has been evaluated aiming at a future installation in the petroleum wells. The second application investigated is a technique for in situ measurement of the residual stress induced in hard thin films during deposition by RF magnetron sputtering. The sensing technique consists of a cantilever steel beam. One of the surfaces of the beam is instrumented using optical fiber Bragg gratings; the opposite face is exposed to the ion flux that originates the thin film. The sensing system is installed in a vacuum chamber while the interrogating apparatus remains outside. The prototype has been characterized with respect to variations of the magnetic field and the temperature inside the chamber. Measurements of the beam strain have been carried out during deposition of silica, indium- titanium oxide, and silicon carbide thin films. The residual stresses have been calculated and the results compared with data obtained using perfilometry. Residual stress values varying from 6 MPa up to 200 MPa have been obtained during the different deposition processes.

[pt] A modelagem numérica tem-se mostrado uma ferramenta valiosa na avaliação e previsão do comportamento estrutural a partir de informações experimentais. Neste trabalho faz-se um estudo de certos problemas de identificação de sistemas estruturais. O principal objetivo reside na avaliação e interpretação computacional de parâmetros estruturais com base em resultados de ensaios mecânicos não- destrutivos. Foram desenvolvidos e codificados algoritmos, em diferentes formatos computacionais, para o tratamento deste problema. O desenvolvimento é aplicável a qualquer tipo de estrutura modelada por elementos finitos. No trabalho são exemplificadas estruturas em forma de conjuntos de massas e molas, vigas em flexão no plano, vigas em torção e flexão, arcos, pórticos e treliças. Analisa-se a determinação de termos de rigidez e massa a partir de informações globais e locais sobre deslocamentos, deformações e freqüências de vibração. São apresentados estudos que indicam a possibilidade de determinar, com as técnicas numéricas aqui desenvolvidas, a localização e magnitude dos danos ocorridos nas estruturas, a partir da resposta estática ou dinâmica da estrutura, mesmo com reduzidas informações sobre a resposta da estrutura não danificada. Isto foi aqui estendido à determinação de tensões e carregamentos,através da consideração de efeitos de não-linearidade geométrica. Apresentam-se também critérios para projeto de experimentos, de forma a maximizar a sensibilidade aos parâmetros buscados e minimizar sua correlação. Ilustra-se através de vários exemplos o desenvolvimento teórico e numérico aqui apresentado. / [en] Numerical modeling is a valuable tool in the evaluation and prediction of structural behavior from given experimental data. This work presents a study of some problems of identification of structural systems. The main objective is the computer evaluation and interpretation of structural parameters from the results of non-destructive mechanical tests.Algorithms were developed and coded, in different computational formats, to treat this problem.The development is applicable to any type of structure modeled by finite elements. Examples presented in this work are sets of masses and springs, beams in pane bending, beams in bending and torsion, arches, frames and trusses. The determination of stiffness and mass terms, from local and global information on displacements, strains and frequencies, is discussed. The studies indicate that, using the numerical techniques developed herein, it is possible to determine a location and magnitude of damages occurred in structures, from the static or dynamic response data, resorting to limited information on the response of the undamaged structure. Such techniques were extended to the evaluation of stresses and loadings, by taking into account effects of geometric nonlinearity. Criteria for design of experiments are presented, which allow for maximum sensitivity and minimum correlation of the structural parameters under concern.Several examples are presented to illustrate the theoretical and numerical techniques developed herein.

Nesse trabalho foram realizados experimentos para determinar as tensões residuais introduzidas no Aço A36, que é uma liga de baixo carbono e que é muito utilizado em vários setores da produção industrial, quando esta é submetida à soldagem do tipo MIG (Metal Gas Inert). A escolha desse tipo de soldagem foi para manter constantes os parâmetros que pudessem influenciar nos resultados. Nessa análise foi verificada a distribuição das tensões residuais na zona termicamente afetada, a distribuição da tensão em relação a profundidade. Para isso usamos uma remoção eletrolítica e um corte transversal pelo processo de eletroerosão. Nesse trabalho foi usado o método do sen2, devido a sua facilidade para a análise dos dados do Programa PSD. O resultado das mediadas realizadas na região do cordão de solda, zona termicamente afetada (ZTA) e metal base próxima da ZTA, mostrou uma variação da distribuição da tensão em relação à profundidade do material e na distância do ponto de soldagem. No ponto de soldagem um aumento da tensão em relação à profundidade do material. Os fatores que influenciaram na introdução dessas tensões no processo de soldagem, foram causados pelo gradiente de temperatura, pelo resfriamento heterogêneo do material e também pelo resfriamento rápido da superfície / In this work experiments were conducted to determine the residual stresses introduced in the A36 steel, which is an alloy of low carbon, which is widely used in various sectors of industrial production, when it is subjected to welding-type MIG (Metal Inert Gas). The choice of this type of welding was to keep constant the parameters that could influence the results. In this analysis we detected the distribution of residual stresses in the heat affected zone, the stress distribution over the depth. For this we use an electrolytic removal and a cross section through the process of spark erosion. In this study we used the method of sen2, due to its ease to the analysis of data from the PSD. The result showed a variation of stress distribution for the depth of the material and the distance from the point of welding. The welding point ran a rise in tension over the depth of the material. Factors influencing the introduction of these stresses in the welding process were caused by the temperature gradient by cooling the heterogeneous material and also by the rapid cooling of the surface

[pt] Apresentam-se as implementações em um programa tridimensional não-linear pelo método dos elementos finitos de análise mecanística de pavimentos flexíveis através do método racional de dimensionamento. Os materiais geotécnicos das diversas camadas que compõem a estrutura do pavimento estão caracterizados através de módulos resilientes, dependentes do estado de tensões atuantes. A influência do carregamento gerado por rodas múltiplas nos campos de tensão e deslocamentos são investigados. Comparações são feitas entre os resultados obtidos nas análises tridimensionais, lineares e não-lineares, com aqueles determinados através de diversos programas computacionais baseados em geral nas hipóteses de axissimetria (carregamento por roda única) e linearidade do meio elástico. Uma aplicação prática é apresentada, considerando-se o pré-dimensionamento de trecho da estrada peruana Iquitos-Nauta. Para determinação de algumas propriedades dos materiais deste pavimento, ensaios específicos foram realizados no Laboratório de Mecânica dos Pavimentos da COPPE/UFRJ. / [en] This work presents the implementation of a non-linear three- dimensional finite element program for the analysis of flexible pavement (highway and runway pavements) through a mechanistic design method. Geotechnical materials of each pavement layer are modeled considering the variable resilient formulation dependent on the actual stress state. The influence of multiple wheel loadings on the displacement and stress fields are also considered and fully investigated. Three-dimensional results of both linear and non-linear analysis are compared with those obtained through several computer programs considering the usual hypotheses of traditional pavement design such as axissymetric loadings (one wheel), linearity of elastic media, etc. An illustrative example is also presented, considering the preliminary design of the Peruvian road between Iquitos-Nauta through the mechanistic method herein introduced. Some of the soil properties related to this application have been determined through specific tests carried out at the COPPE/UFRJ Pavement Laboratory. / [es] Se presentan la implementación del análisis mecánico de pavimentos flexibles a través del método racional de dimensionamento. La implementación fue efectuada a través de un programa tridimensional no lineal por el método de los elementos finitos. Los materiales geotécnicos de los diversos estratos que componen la extructura del pavimento están caracterizados a través de módulos resilientes, dependientes del estado de tensiones actuantes. Se investigan la influencia de la carga generada por ruedas múltiples en los campos de tensión y los desplazamientos, comparando los resultados obtenidos en el análisis tridimensional, lineal y no lineal, con los determinados a través de diversos programas computacionales basados en en las hipóteses de axisimetría (carga por rueda única) y linealidad del medio elástico. Se presenta una aplicación práctica, considerando el predimensionamento de un trecho de la carretera peruana Iquitos-Nauta. Para la determinación de algunas propriedades de los materiales de este pavimento, se realizaron ensayos específicos en el Laboratorio de Mecánica de los Pavimentos de la COPPE/UFRJ.

[pt] Esse trabalho propõe uma implementação numérica para otimização de forma em problemas bi-dimensionais de elasticidade. O objetivo principal é propor uma metodologia eficiente e robusta para solução de problemas de otimização de forma considerando a minimização de concentração de tensões. Na implementação proposta, a análise estrutural é realizada pelo Método dos Elementos de Contorno Simétrico de Galerkin (MECSG), evitando-se assim a dispendiosa etapa de geração da malha. A avaliação das tensões no contorno é obtida por meio de um método preciso, ideal para problemas com concentrações de tensões. Outro aspecto relevante na implementação é a adequada partição das equações do MECSG de forma a reduzir, consideravelmente, o esforço computacional associado à etapa da análise estrutural. O problema de otimização é resolvido utilizando-se um método de otimização moderno, conhecido como Programação Cônica de Segunda Orderm (PCSO). Especificamente, busca-se a reposta do problema de otimização não linear por meio da solução de uma sequência de subproblemas de PCSO. / [en] In this work a numerical implementation of shape optimization in two-dimensional linear elasticity problems is proposed. The main goal is to propose a robust and efficient methodology for the solution of shape optimization problems regarding the minimization of stress concentration effects. In the proposed implementation, the structural analysis is performed by the Symmetric Galerkin Boundary Element Method (SGBEM), thus disposing of the mesh generation burden. The boundary stress evaluation is carried out by an accurate approach which is ideally suited for problems with stress concentrations. Another relevant feature of the proposed implementation is a suitable partition of the SGBEM equations which aims at reducing the computational effort associated with the structural analysis stage. The solution for the optimization problem is obtained by means of a modern numerical optimization method, the so-called Second Order Conic Programming (SOCP). Specifically, the solution for the non-linear optimization is sought by solving a sequence of SOCP subproblems.

[pt] A predição da permeabilidade é uma etapa crítica no fluxo de caracterização e modelagem geológica de reservatórios e essencial para o desenvolvimento de projetos de produção. Estruturas subsísmicas denominadas bandas de deformação (BD) podem diminuir a permeabilidade em até seis ordens de grandeza em relação à rocha matriz de reservatórios areníticos e podem, dessa forma, atuar como barreiras totais ou parciais ao fluxo de fluidos. O presente trabalho pretende contribuir na determinação do comportamento hidráulico de reservatórios propondo um modelo geomecânico analítico para a predição de BD em reservatórios de arenitos. Em termos práticos, o objetivo é prever se em uma determinada porção de um depósito siliciclástico de hidrocarboneto foram atingidas condições para a formação de BD, ou quão próximo se está de uma possível geração dessa feição a fim de se sugerir uma análise da redução de permeabilidade. A proposta se estende na implementação computacional do método e sua aplicação em um estudo de caso de um reservatório arenítico pouco consolidado da margem continental brasileira rico em BD. Os resultados confirmaram a viabilidade do método mostrando que a porção do reservatório analisada atingiu as condições mecânicas para a gênese de BD a partir da idade geológica intitulada de Oligoceno (~ 23 a 35 Ma) para os cenários estabelecidos. / [en] The permeability prediction is a critical step in the flow of geological modeling and reservoir characterization and is essential for the development of production projects. Sub-seismic structures called deformation bands (BD) can reduce permeability up to six orders of magnitude in relation to the host reservoir sandstone and can thus act as total or partial barriers to the fluid flow. The present work intends to contribute in the determination of the hydraulic behavior of reservoirs proposing an analytical geomechanical model for BD s prediction in sandstone reservoirs. In practical terms, the objective is to predict whether the conditions in a given portion of a siliciclastic hydrocarbon deposit have been reached for the localization of BD or how close it is to a possible generation of this feature in order to suggest an analysis of the permeability reduction. The proposal extends to the computational implementation of the method and its application in a case study of a poorly consolidated sandstone reservoir on the brazilian continental margin, rich in BD. The results confirmed the viability of the method by showing that the portion of the analyzed reservoir reached the mechanical conditions for the genesis of BD from the geological age entitled Oligocene (~ 23 to 35 Ma) for the established scenarios.

[pt] A estabilidade de poços através de zonas de sal é um aspecto relevante em ambientes de perfuração offshore no Brasil. O fluxo convencional no planejamento de um poço de petróleo não reconhece a natureza complexa do estado de tensões in-situ em torno destes corpos de sal. Portanto, é necessária uma avaliação fiável das tensões in-situ considerando tanto a escala de campo (global) quanto as principais estruturas presentes no overburden. Neste trabalho, a análise de estabilidade de poços é realizada em três etapas. Primeiro, é realizada uma análise numérica a escala global para avaliar as tensões in-situ considerando a geometria de um corpo de sal. A seguir, são introduzidas as tensões in-situ em um modelo local, chamado subestrutura, através de duas técnicas de transferência de tensões propostas, denominadas as técnicas do Inverso Ponderado da Distância (IPD) e do Gradiente de Tensões (GT). O termo subestrutura é definido como uma linha curva no espaço composta por um conjunto de pontos, se assemelhando a uma seção ou trajetória completa de um poço. Finalmente, a janela operacional do poço é calculada acoplando os resultados de tensões da modelagem numérica com equações elásticas. Neste trabalho as técnicas IPD e GT são também utilizadas para transferir tensões em submodelos localizados dentro de um modelo global, visando realizar futuros estudos de submodelagem de estabilidade de poços. O termo submodelo consiste em uma malha de elementos finitos de um tamanho menor e um refinamento maior em relação ao modelo global. / [en] Wellbore Stability drilling through salt zones is an important current endeavor in many areas offshore of Brazil. The conventional well design workflow does not recognize the complex nature of the stress field near these salt bodies. Therefore, a reliable assessment of the in-situ stresses must be carried out considering a field (global) scale of the problem and the presence of major structures in the overburden. The proposed stability analysis is carried out in three stages. Firstly, a global finite element analysis is employed to evaluate the in-situ stresses at a global scale considering the geometry of a salt body. Secondly, the global scale in-situ stresses are introduced in a local model, that we call substructure, by using two proposed stress transfer techniques called the Inverse Distance Weighted Technique (IDWT) and the Stress Gradient Technique (SGT). We define Substructure as a set of points forming a section or a complete trajectory of an oil well. Finally, optimal mud weights are calculated combining numerical stress results with analytical elastic equations. These two stress transfer techniques are also proposed to be used to transfer stresses to submodels inside a global model domain for submodeling wellbore stability purposes. The term submodel is defined as a finite element mesh with a smaller size relative to the size of the global model.

[pt] A grande maioria dos componentes estruturais possui entalhes que concentram localmente as tensões em torno de suas pontas. O fator de sensibilidade ao entalhe q, muito usado para quantificar o efeito deles em fadiga, pode ser associado à geração de trincas não propagantes quando SL(R)/Kt < σn < SL(R)/Kf, onde SL(R) é o limite de fadiga do material em uma dada razão R = σmin/σmax; Kt = σmax/σn é o fator de concentração de tensões (SCF, de stress concentration factor) do entalhe; σn é a amplitude de tensão nominal aplicada; σmax é a máxima tensão na ponta do entalhe; e Kf = 1 + q(Kt – 1) é o fator de concentração de tensões à fadiga, que quantifica o efeito dos entalhes na resistência à fadiga do componente entalhado. Partindo desse comportamento, recentemente foi desenvolvido um modelo para calcular q considerando a influência do gradiente de tensões à frente da raiz do entalhe no comportamento à fadiga de trincas mecanicamente curtas, usando apenas técnicas apropriadas de análise de tensões e as resistências à fadiga do material: o limite de fadiga e o limiar de propagação de trincas longas. Este modelo, cujas previsões foram validadas por vários experimentos apropriados, considera assim todas as características da geometria do entalhe e do carregamento em q, sem precisar de nenhum parâmetro ajustável. Nesse trabalho, esse critério é estendido para tratar problemas de Trincamento Assistido por Meios Corrosivos (EAC), considerando apropriadamente parâmetros de análise de tensão. O efeito da corrosão é quantificado pela resistência do material ao trincamento por EAC, SEAC, e pelo limiar de propagação em condições de EAC, KIEAC, ambos medidos no ambiente agressivo em questão. Esse modelo em particular prevê a existência de uma sensibilidade ao entalhe qc em problemas de EAC quando SEAC/Kt < σmax < SEAC/[1 + qc(Kt - 1)], que pode ser mecanicamente quantificada por técnicas análogas àquelas utilizadas com sucesso para quantificar q em fadiga. Para comprovar experimentalmente a validade do modelo nestas condições, foi escolhido o par {Alumínio (Al) 2024 recozido – Gálio (Ga)} na temperatura de 35ºC, devido à rapidez da sua reação de trincamento sob EAC, a qual permite que suas propriedades básicas, SEAC and KIEAC, sejam determinados rapidamente. Usando somente a mecânica proposta neste novo modelo e as resistências básicas do material à EAC, 8 corpos de prova entalhados foram projetados para alcançar e suportar a máxima tensão na ponta de seus entalhes duas vezes maiores do que SEAC. O modelo prevê que isso é possível devido à interação do gradiente de tensões à frente da ponta do entalhe com a pequena trinca nele iniciada, que permanece não propagante nessas condições. Como nenhum dos corpos de prova assim projetados falhou nesses testes, pode-se concluir que aqueles ensaios suportam a eficácia do modelo, o qual pode ser bastante útil como ferramenta de dimensionamento mecânico no tratamento do efeito de entalhes em problemas de EAC. / [en] The vast majority of structural components have notches that locally concentrate stresses around their tips. The notch sensitivity factor q, widely used to quantify the effect of such notches on fatigue, can be associated with the generation of non-propagating cracks at the notch tips in fatigue tests when SL(R)/Kt < σn < SL(R)/Kf, where SL(R) is the fatigue limit of the material at a given R = σmin/σmax ratio; Kt = σmax/σn is the stress concentration factor (SCF) of the notch; σn is the amplitude of the nominal stress that loads it; σmax is the maximum stress at the notch tip; and Kf = 1 + q(Kt – 1) is the (effective) fatigue SCF, which quantifies the actual notch effect on the fatigue strength of the notched component. Based on this behavior, a model was recently developed to calculate q considering the influence of the stress gradient ahead of the notch tip on the fatigue behavior of mechanically short cracks, using only proper stress analysis techniques and the basic fatigue properties of the material, its fatigue limit and long crack propagation threshold. This model, whose predictions were validated by various appropriated experiments, considers the entire notch geometry and loading characteristics on q, without the need of any data-fitting parameter. In this study, this criterion is extend to properly treat environmentally assisted cracking (EAC) problems considering stress analysis issues. The corrosion effects are quantified by the material resistance to EAC, SEAC, and by its crack propagation threshold under EAC conditions, KIEAC, both measured in the aggressive environment in question. This model in particular predicts the existence of a notch sensitivity qc in EAC problems as well, when SEAC/Kt < σmax < SEAC/[1 + qc(Kt - 1)], which can be mechanically quantified by techniques analogous to those successfully used to quantify q in fatigue. To experimentally prove the validity of this model under EAC conditions, the pair material/aggressive medium chosen is an annealed 2024 Al alloy and Ga at 35oC, due to its very fast EAC reaction, which allows its basic properties, SEAC and KIEAC, to be quickly determined. Using only the mechanics proposed in this new model and the basic material resistances to EAC, 8 notched test specimens were designed to reach and survive to maxima stresses at the tip of their notches twice as large as SEAC. The model predicts that this is possible due to the interaction of the stress gradient ahead of the notch tip with the small crack initiated there, which is non-propagating under such conditions. Since none of the specimens failed in the designed tests, it can be concluded that they support the effectiveness of the model, which may thus be quite useful as a mechanical tool to treat notch effects in EAC problems.

[pt] A Mecânica da Fratura é uma área da mecânica clássica que estuda os processos que podem resultar no surgimento e propagação de fraturas e trincas nos materiais. Seus conceitos podem ser empregados em diversas áreas, como, por exemplo, no desenvolvimento de novos materiais, na área industrial (auxiliando na definição dos parâmetros de criticidade de defeitos) e em projetos estruturais, onde a presença de descontinuidades pode resultar na diminuição da resistência do material, levando-o ao colapso estrutural. As fraturas podem surgir como defeitos básicos nos materiais constituintes dos elementos, podem ser induzidas nos processos de construção ou, ainda, podem ser desenvolvidas durante a vida útil da estrutura. O estudo do comportamento de uma fratura é fundamental para a verificação coerente de tensões e deformações nos projetos estruturais. Alguns autores apresentaram diferentes metodologias para o cálculo de parâmetros importantes associados à propagação de fraturas. Tais parâmetros podem variar de acordo com o comportamento do material, características geométricas, carregamentos, condições de contorno e configuração das trincas. Essas análises também podem ser validadas através de metodologias numéricas. O presente projeto tem por objetivo avaliar o Fator de Intensidade de Tensões a partir de análises numéricas de três casos de fratura com base nos conceitos da Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). Para tal, aplicaram-se duas técnicas de modelagem em Elementos Finitos: elementos quarter-point 2D e 3D e o Método dos Elementos Finitos Estendidos (XFEM) 3D. Por fim, os resultados obtidos são comparados com os resultados publicados na literatura. Apesar das vantagens associadas ao uso do XFEM para modelagem de fraturas, o cálculo pela integral de domínio para esta técnica apresenta oscilações nos valores fornecidos para as diferentes solicitações de contornos. A técnica de modelagem com Elementos Quarter-Points 2D e 3D apresenta resultados mais estáveis e próximos das soluções analíticas. / [en] Fracture Mechanics is an area of classical mechanics that studies processes that can result in the creation and propagation of fractures and cracks in materials. Its concepts can be utilized in many areas, such as, for example, the development of new materials, in the industrial area (to assist in the definition of defect criticality parameters) and in structural projects, where the presence of discontinuities can result in decreased material resistance, leading to its structural collapse. The fractures can emerge as basic defects in materials that constitute the structural elements, can be inducted in construction processes or could even be developed during the lifespan of the structure. Studying the behavior of a fracture is fundamental to verifying coherently stress and deformations on structural projects. Some authors presented different methodologies to calculate important parameters associated to the propagation of cracks. These parameters could vary according to the material behavior, geometrical characteristics, loads, boundary conditions and cracking patterns. Those analyses can also be validated through numerical methodologies. This present project aims at evaluating the Stress Intensity Factor from numerical analyses of three cracks cases based on the concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). Two techniques of Finite Element modeling were considered: quarter-point elements 2D and 3D and Extended Finite Element Method (XFEM) 3D. In the end, the results obtained are compared with results already published in the available literature. Despite the advantages associated with the use of XFEM for fracture modeling, the calculation of the stress intensity factor by the domain integral for this technique presents oscillations in the values provided for the different contour requests. The modeling technique with 2D and 3D quarter-points elements presents results that are more stable and closer to the analytical solutions.

[pt] É uma prática usual em reologia medir o tensão limite de escoamento. Nessas medidas, a tensão limite de escoamento é definida como o máximo valor absoluto de tensão ao qual abaixo não ocorrem escoamentos irreversíveis. Sendo assim, tensão limite de escoamento aparente estimada é usada em conjunto com o critério de von Mises em qualquer escoamento complexo. Este critério compara esta medida a intensidade do segundo invariante do tensor deviatórico das tensões. Acontece que, para escoamento simples de cisalhamento, o mesmo é composto por tensões cisalhantes e diferenças de tensão normais, mas a contribuição do último nunca foi considerada na determinação experimental da tensão limite de escoamento. Em vista de avaliar a importância da contribuição das diferenças de tensões normais na tensão limite de escoamento aparente, foram realizadas uma sequência de testes de creep para cada material, estimando a tensão crítica que representa o valor médio obtido entre os valores das curvas de tensão nas quais o material escoa e não escoa com uma tolerância considerável. Depois disso, foram propostos testes para avaliar os valores de N1 − N2 e apenas N1 no nível de tensão crítica. E em seguida avaliando-se adequadamente a tensão limite de escoamento. Observou-se que, para alguns materiais, a contribuição das diferenças de tensões normais é muito maior do que a contribuiçõ da tensão cisalhante. Por fim, a validade do critério de von Mises para materiais elasto-viscoplásticos foi avaliada. Para este fim, com o intuito de generalizar o estudo, ensaios de compressão a volume constante e de tração foram realizados avaliando-se as correspondentes tensões limites de escoamento. Como conclusão mais importante, o critério de von Mises não foi considerado adequado como critério de falha para os materiais elasto-viscoplásticos analisados. / [en] It is usual practice in rheology to measure the yield stress in a simple shear flow. In these measurements, the yield stress is identified as the maximum value of the shear stress below which no irreversible flow occurs. Then, the thus determined yield stress is used in conjunction with the von Mises criterion in any complex flow. The latter compares it with the intensity of the deviatoric stress tensor. It happens that for simple shear flow the intensity of the deviatoric stress is composed of both the shear stress and the normal stress differences, but the contribution of the latter is never considered in the experimental determination of the yield stress. In view of assess the importance of the contribution of the normal stresses to the yield stress, a sequence o standard constant shear stress tests were performed for each material, estimating the critical stress which represents the mean value obtained between the stress values of the curves in which the material flows and does not flow with an accurate tolerance. After that, proposed tests were performed in order to obtain the values of N1 − N2 and solely N1 at the critical stresses. Following the appropriate yield stress evaluation. It was observed that for some materials the normal stress contribution is much larger than the shear stress contribution. Furthermore, the validity of the von Mises yielding criterion for elasto-viscoplastic materials was evaluated. For this purpose, in order to generalize the study for different flow conditions, constant volume squeeze flow and traction tests were performed evaluating the corresponding yield stresses. As the most important conclusion, the von Mises yielding criterion was considered not to be accurate representing yielding for the elastoviscoplastic materials analyzed.