[pt] O presente trabalho visa determinar, experimentalmente,Fatores de Intensidade de Tensões, KI e KII em barras e tubos, submetidos à tração, com trincas situadas: I) Junto ao pé do cordão de solda em barras planas soldadas ortogonalmente com relações comprimento de trinca, a, largura da barra, B, a/B igual a 0,1 e a/B igual a 0,2. II) Próximo à raiz da solda em tubos unidos a 90 graus com relações comprimento de trinca, espessura do tubo principal, t, a/t igual a 0,1; a/t igual a 0,2; a/t igual a 0,3. III) Barras e tubos simples (sem uniões soldadas) tendo as relações a/B igual a 0,1; 0,2; 0,3 e a/t igual a 0,1; 0,2; 0,25 e 0,3. Nos modelos planos, foi feito um estudo comparativo entre espécimes que possuíam entalhes usinados para simular as trincas e espécimes onde forma propagadas trincas de fadiga. Os resultados para as barras forma obtidos utilizando-se a técnica fotoelástica bidimensional e para os tubos, o método tridimensional de congelamento de tensões e corte em fatias. Nas barras os dados coletados foram submetidos aos programas CRACK e FLAW, e nos tubos, apenas ao programa FLAW, para determinação dos valores de KI e KII. / [en] This work aims to determine Stress Intensity Factors KI and KII for bars and tubes loaded in tension with the following geometry: I) T Join bars with cracks located near the weld toe. Relations between crack length, a, and bar width, B, were: a/B equal 0.05; a/B equal 0.1 a/B equal 0.2. II) Tubes with T joints with cracks located at the weld toe. The relations between crack length and tube thickness, t, were: a/t equal 0.1; a/t equal 0.2 and a/t equal 0.3. III) Plains bars with ratios a/B equal 0.05; a/B equal 0.1 and a/B equal 0.2. IV) Plains tubes with ratios a/t of 0.1, 0.2, 0.25 and 0.3. A comparative study was made between plane models that had artificial machined cracks and those that had natural fatigue cracks. Results for bars were obtained employing two-dimensional Photoelasticity technique and for tubes, the three-dimensional stress freezing and slicing method was used. To generate KI and KII, the collected data were submitted to FLAW and CRACK computer programs in the case of bars, while for tubes, only the FLAW program was used.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T20:31:46Z No. of bitstreams: 1 CHRISTIAN EIKE PRECKER – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2013.pdf: 1407137 bytes, checksum: 7c5cdef4ee790652d5d7b4f0c648d68a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T20:31:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CHRISTIAN EIKE PRECKER – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2013.pdf: 1407137 bytes, checksum: 7c5cdef4ee790652d5d7b4f0c648d68a (MD5) Previous issue date: 2013-07 / Capes / A evolução dinâmica e o mecanismo da corrosão sob tensão fraturante acelerada (accelerated stress corrosion cracking – aSCC) em uma amostra de acrílico (PMMA – poly methyl 2-methylpropenoate) foi explorada quantitativamente na ausência de carga mecânica externa. Uma incomum e rápida propagação de trincas em amostras usinadas deste material foi induzida por solvente, onde estas foram monitoradas por imagens de vídeo de um microscópio. As trincas emanaram de canais fresados na amostra a partir de um breve contato do solvente acetona com a sua superfície. O período da propagação das trincas durou em torno de 1 minuto, compreendendo um comprimento final de 0,2 a 0,3 mm, e uma taxa de crescimento que decai de 5 2 10  para 6 10 m/s. A evolução temporal da trinca concorda com a difusão unidimensional do solvente ao longo da trinca, sobreposto por um campo de tensão residual. Através de birrefringência que foi oticamente registrada, bem como uma simulação da estrutura mecânica foi feita por meio de elementos finitos, identificamos tensão de tração residual (residual tensile stress) na zona da trinca como sendo uma força motriz. O fator de intensidade de tensão residual ΔK foi determinado em 1–2 MPa m1/2. A aSCC no material se origina de uma combinação de tensões residuais, induzida pela fresagem da superfície da amostra; stress que induz uma rápida difusão do solvente acetona no material e uma degradação associada com os parâmetros da estrutura mecânica. / The dynamic evolution and mechanism of accelerated stress corrosion cracking (aSCC) in an acrylic (PMMA–poly methyl 2-methylpropenoate) polymer sample have been exploited quantitatively, in absence of external mechanical load. Unusually fast propagation of solvent induced cracks in micro-machined sections of the material has been monitored by microscopic video imaging of a test device. Crack emanation from milled micro-channels was precisely triggered by brief surface wetting with acetone solvent. The crack propagation period persists over a time span of approximately 1 min, comprises a final crack length of 0.2–0.3 mm, and an associated crack growth rate that decreases from 5 2 10  to 6 10 m/s. The temporal crack evolution scales in accord with 1-dim solvent diffusion along the flaw, superimposed with the residual stress field. Optically recorded birefringence, as well as finite element structure mechanic simulation, identified residual tensile stress in the crack zone as the driving force. The residual stress intensity factor ΔK was determined to 1–2 MPa m1/2. The aSCC (accelerated stress corrosion cracking) in the material originates from a detrimental combination of residual stress, induced by surface milling; stress induced fast diffusion of the acetone solvent into the material and an associated degradation of structure-mechanic parameters.

Neste trabalho, é estudada a fratura na interface de materiais dissimilares empregando duas metodologias distintas: a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE) e os métodos coesivos. O uso da MFLE aplicada a trincas situadas na interface de materiais dissimilares apresenta algumas dificuldades bem conhecidas que podem inviabilizar seu uso, como a presença de zonas de contato na frente da trinca que ocorrem em certas combinações de carregamento misto. Outra dificuldade é a inexistência de um modo I puro na ponta da trinca, o que dificulta estabelecer uma propriedade de fratura única para a interface que não dependa do carregamento. (Continuação ) As metodologias coesivas não apresentam tais limitações, em princípio. Neste trabalho é feito uma comparação das previsões fornecidas pelas duas metodologias para o caso de uma trinca restrita à interface de 2 materiais distintos, considerados elástico lineares. Observa-se uma boa correspondência na previsão obtida pelas metodologias em um caso simples de carregamento em modo I. Efeitos dinâmicos também são considerados e observa-se um aumento no grau de mistura (modos I / II) com o aumento da velocidade de propagação. Finalmente, aplica-se o método coesivo ao caso de um material composto por cilindros de alumínio em uma matriz de polimetacrilato de metila. Além de ser verificada a importância da energia de fratura de interface no comportamento global da estrutura, é mostrado que os modelos coesivos capturam o efeito de escala, contrariamente à MFLE. / In this work, bi-material interface fracture is studied by two different methodologies: Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and the cohesive methods. The application of LEFM to cracks laying at the interface of two different materials presents some well-known difficulties that can limit its use. The development of a contact zone at the crack tip, for certain combinations of loading, is one of them. Another is the fact that pure Mode I at the crack tip does not exist, which creates difficulties to define a unique interface fracture energy, independent of the loading. Cohesive methodologies do not present such limitations, in principle. In this work a comparison of the forecast obtained by the two methodologies, for a crack constrained to a bi-material interface, is considered. It can be observed a good agreement for the two methodologies, for a simple case in mode I loading. Dynamic effects are also considered and it was observed that the greater the crack propagation velocity, the greater the degree of mixture between modes I/II. Finally, the cohesive methodology is applied to a composite case, where a matrix is reinforced by a second material in the shape of cylindrical bars. Fracture energy of the interface plays a key role on the structural global behavior. Also, it is shown that cohesive models are able to capture scale effects, contrarily to LEFM.

O presente trabalho apresenta um método baseado nos conceitos da mecânica da fratura linear elástica para a previsão do desempenho em fadiga de materiais compósitos particulados. Este método deriva de uma sequência matemática para a realização das previsões de forma incremental, considerando a pré-existência de defeitos intrínsecos ao material advindos de seus componentes ou processo de fabricação, o que facilita a visualização da propagação dos defeitos. Este método possibilita também a previsão da vida residual em fadiga para componentes que apresentem defeitos já no estágio de propagação e a estimativa da amplitude máxima da tensão aplicada para que o componente apresente uma durabilidade mínima desejada em fadiga. A utilização do método em questão tem como mérito a possibilidade de redução expressiva no tempo dispendido e esforços de desenvolvimento de produtos desenvolvidos sob o conceito de materiais compósitos particulados, colaborando para a redução dos custos de projeto e aumento da competitividade destes produtos. Para viabilizar a aplicação do método proposto é também a utilizada uma metodologia baseada em normas internacionais para a determinação da tenacidade à fratura de materiais compósitos particulados empregados como materiais de fricção. Para a demonstração da aplicação do método proposto utilizou-se como exemplo as propriedades de um material compósito aplicado como guarnição de freios a tambor de automóveis de passeio e dados do comportamento em fadiga de materiais compósitos particulados disponíveis na literatura apresentados por Antunes (2002). Os resultados mostram que os valores de tenacidade à fratura medidos para o material de estudo apresentam pouca variação entre si e, por obedecerem aos requisitos da norma adotada e serem compatíveis com os valores desta propriedade disponíveis na literatura para resinas termorrígidas e outros materiais compósitos, podem ser considerados representativos dos valores reais de tenacidade à fratura do material. Da mesma forma, as previsões geradas aplicando-se as equações descritas pelo modelo desenvolvido apresentam tendências similares aos dados encontrados na literatura relacionados a avaliações do comportamento em fadiga de materiais compósitos de matriz termorrígida reforçados com partículas de material inorgânico e, portanto, são considerados válidos. / The present work shows a method based on the concepts of linear elastic fracture mechanics to predict the fatigue performance of particulate composites materials. This method is derived from a mathematical sequence to perform the predictions incrementally which makes easier the visualization of the flaw propagation, considering the pre-existence of intrinsic defects in material arising from its components or the manufacturing process. This method also enables the prediction of residual fatigue life of components that already have flaws at the propagation stage and the estimation of the maximum amplitude of stress applied to the component to provide a minimum desired fatigue life. The use of this method has the merit of making possible a significant reduction of the development efforts and time spent for develop products designed under the concept of particulate composites, helping to reduce the project cost and increasing the competitiveness of these products. To enable the use of the proposed method, a methodology based on international standards for the determination of fracture toughness, KIC, of particulate composites applied as friction materials is also presented. To demonstrate the proposed method, the properties of a friction material used as drum brake lining for automobiles and data of fatigue behavior of particulate composites available in the literature were used. The results shown that the KIC values measured for the studied material presented a small variation and are compatible with fracture toughness values available in the literature for thermoset resins and other composite materials. Therefore, as the test met the adopted standard requirements, these values can be considered representative of the material true fracture toughness. Similarly, the predictions generated by the application of the developed method equations showed similar trends compared to literature data related to fatigue behavior evaluations of thermoset matrix composites reinforced with inorganic particulate material, therefore, are considered valid.

MASOUMI, M. Role of texture in hydrogen-induced cracking of steel API 5L X70 under various thermomechanical paths. 2017. 152 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-10-04T14:33:45Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mmasoumi.pdf: 14430099 bytes, checksum: b88fdd24a2becfd6fe0081bf46f9eaa8 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-11-08T14:17:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_mmasoumi.pdf: 14430099 bytes, checksum: b88fdd24a2becfd6fe0081bf46f9eaa8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-08T14:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_mmasoumi.pdf: 14430099 bytes, checksum: b88fdd24a2becfd6fe0081bf46f9eaa8 (MD5) Previous issue date: 2017-01-06 / Pipeline steels are widely used to transport oil and natural gas in long distance in severe environments. Hydrogen-induced cracking (HIC) is one of the most important failure modes in sour environment. Atomic hydrogen produced during surface pipe corrosion diffuses into the steel and traps at defect sites such as inclusions, precipitations, phase interfaces, martensite islands, and grain boundaries. These hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules, leading to the creation of internal pressure within the metal. This reduces ductility, toughness and mechanical properties, leading to HIC nucleation and propagation. The main objective of this thesis was to find a correlation between a role of texture and grain boundary character distribution with HIC crack nucleation and propagation sites. Finally, proposed thermomechanical treatment produced favorable crystallographic textures and significantly increased HIC resistance which is of great interest to petroleum industry. In this thesis, API 5L X70 steel was subjected to thermomechanical processing with various finish rolling temperatures to produce a similar microstructure with different crystallographic textures. The microstructural and textural evolution was characterised by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and electron backscatter diffraction (EBSD). Then, HIC standard test and electrochemical hydrogen-charging experiments were used to induce HIC cracks in pipeline steels. Then EBSD analysis was carried out to show the HIC resistance improvement via appropriate thermomechanical processing. Present work revealed that significant improving of HIC resistance was obtained through engineering of crystallographic texture by isothermal rolling below non-recrystallisation temperature. The high resistance to HIC is highly important to oil and gas transportation. Electron backscatter diffraction (EBSD) measurements were done along the HIC crack in X70 steel after HIC test. The results showed that {001} grains which parallels to normal direction are weak against HIC propagation, and provide a preferred path to crack propagation. Whereas, grains which lied along {110} and {111} planes parallel to rolling plane showed higher resistance against HIC crack nucleation and propagation and improved HIC resistance. In addition, EBSD data revealed that the high amount of recrystallization fraction with no stored energy is one of the main reasons for a higher HIC resistance. Consequently, increasing the fraction of low angle and coincidence site lattice boundaries related to low {hkl} indexing and correspond to the dense planes is targeted in grain boundary engineering to improve HIC resistance. Increasing the number of {111} and {110} grains, with the goal of minimizing the number of {001} grains and HABs, leads to a reduction in crack nucleation and propagation. In overall, the key finding of this work revealed that significant improvement of HIC resistance was obtained through engineering of crystallographic texture by isothermal rolling at approximately 850°C. Although the rolling schedule suggested in the current study differs from the established industrial production, a significant improvement in HIC resistance by controlling of texture only was achieved. This can be a great motivation for development of an alternative thermomechanical treatment with lower finish rolling temperature / Aços de tubulação são amplamente utilizados para transporte de petróleo e gás natural em longa distância em ambientes agressivos. Trincas induzidas por hidrogênio (HIC) são um dos modos de falha mais importantes no ambiente em que se é usado. O hidrogênio atômico produzido durante a corrosão da superficial da tubulação difunde-se para o aço e as prende em locais de defeito, tais como inclusões, precipitações, interfaces de fase, ilhas martensíticas e contornos de grão. Estes átomos de hidrogênio se recombinam para formar moléculas de hidrogênio, levando à criação de pressão interna dentro do metal. Isso reduz a ductilidade, tenacidade e propriedades mecânicas, levando a nucleação e propagação do HIC. O objetivo principal desta tese foi encontrar uma correlação entre o papel da textura e a distribuição do caráter dos contornos de grãos com os núcleos de propagação e de nucleação das trincas. Finalmente, o tratamento termomecânico proposto produziu texturas cristalográficas favoráveis e aumentou significativamente a resistência ao HIC que é de grande interesse para a indústria petrolífera Nesta tese, o aço API 5L X70 foi submetido a processamento termomecânico com várias temperaturas finais de laminação para produzir uma microestrutura similar com diferentes texturas cristalográficas. A evolução microestrutural e de textura foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (SEM), difração de raios X (XRD) e difração de retroespalhamento eletrônico (EBSD). Em seguida, utilizaram-se ensaios padrões de HIC e experimentos electroquímicos com bombardeamento de hidrogênio para induzir fissuras HIC em aços de tubulação. Em seguida, a análise de EBSD foi realizada para mostrar a melhoria da resistência HIC através de processo termomecânico apropriado. O presente trabalho revelou que a melhoria significativa da resistência HIC foi obtida através da engenharia da textura cristalográfica por laminação isotérmica abaixo da temperatura de recristalização. A alta resistência ao HIC é muito importante para o transporte de petróleo e gás. As medidas de difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) foram feitas ao longo da trinca HIC em aço X70 após o teste HIC. Os resultados mostraram que os grãos de planos {001} que são paralelos à direção de laminação são mais propensos a propagação de HIC, e proporcionam um caminho preferêncial para a propagação da trinca. Os grãos que estão ao longo dos planos {110} e {111} são paralelos ao plano de laminação e se mostraram mais resistentes a nucleação e propagação de trincas. Além disso, os dados do EBSD revelaram que a elevada quantidade de recristalização sem energia armazenada por deformação é uma das principais razões para uma maior resistência ao HIC. Consequentemente, o aumento da quantidade de contornos de baixo ângulo e coincident site lattice relacionados à baixa indexação {hkl} e que correspondem aos planos densos é direcionado à engenharia de contornos de grãos para melhorar a resistência a HIC. Em conclusão, aumentar o número de grãos em planos {111} e {110}, objetivando a minimização de grãos em planos {001} e contornos de alto ângulo, leva a uma redução na nucleação e propagação de trincas e a uma melhora de resistência a fragilização pelo hidrogênio. Em geral, a principal descoberta deste trabalho revelou que a melhoria significativa da resistência HIC foi obtida através da engenharia de textura cristalográfica por laminação isotérmica a aproximadamente 850°C. Embora o cronograma de laminação sugerido no presente estudo difira da produção industrial estabelecida, foi alcançada uma melhora significativa na resistência ao HIC somente pelo controle da textura. Isto pode ser uma grande motivação para o desenvolvimento de um tratamento termomecânico alternativo com temperatura de laminação de acabamento mais baixa.

Esta pesquisa tem como objetivo analisar a resistência ao trincamento, bem como princípio de propagação de trincas e previsão vida de fadiga de misturas asfálticas empregando o ensaio de flexão em amostra semicircular com fenda (semi-circular bending test – SCB), estático e dinâmico, respectivamente. As trincas que surgem nos revestimentos asfálticos revelam-se como um dos grandes danos que afetam diretamente a serventia e qualidade das estruturas de pavimentos flexíveis. Considerando que a reabilitação dos pavimentos fissurados é geralmente onerosa, revela-se um grande desafio aos engenheiros projetistas dimensionar misturas asfálticas a quente que apresentem resistência suficiente capaz de evitar tanto a deformação permanente, quanto o trincamento por fadiga. Sendo assim, a primeira etapa desta pesquisa analisa três misturas asfálticas, dosadas pelo método Superpave: uma com cimento asfáltico de petróleo CAP 50/70, outra com asfalto modificado por polímero AMP 60/85 e a terceira com asfalto borracha AB8. Os resultados indicam para a maior rigidez da mistura com asfalto modificado, que também apresentou maior vida de fadiga. Os corpos de prova com CAP 50/70 e AB8 apresentaram-se dúcteis e com menor velocidade de propagação das microtrincas. A segunda parte deste trabalho apresenta os resultados dos ensaios conduzidos em amostras com asfalto convencional no teor de projeto (TP) e com 0,5% a mais de ligante asfáltico (TP+0,5%), simulando a camada rich-bottom, amplamente utilizada em projetos de pavimentos perpétuos. Quando comparada a mistura no teor ótimo, aquela com maior quantidade de ligante garante uma mistura mais flexível, pois requer maiores deslocamentos para que se atinja o número de ciclos necessários ao desenvolvimento do trincamento e à ruptura. / This study aims to analyze the cracking resistance, as well as the principle of cracking propagation and prediction of fatigue life in hot mix asphalt (HMA) by means of the semi-circular bending test (SCB), static and dynamic, respectively. Pavement surface cracking is one of the major distress mechanisms that affect the serviceability and quality of flexible pavement structures. Considering that the rehabilitation of a damaged pavement is generaly costly, it becomes a challenge for the engineers to design HMA that endures both rutting and fatigue cracking. Therefore, the first part of this research investigates the cracking resistance and fatigue life of three asphalt concrete mixes, designed by the Superpave method: one with standard binder pen50/70, a polymer modified PMB60/85 (softening point/elastic recuperation) and a third mix with asphalt-rubber binder type AB8. The results indicated to the PMB60/85 mixture stiffness that also presented longer fatigue life. The samples with binder pen50/70 e AB8 demonstrated more ductility, with less microcracks propagation speed. The second part of this work presents the results of tests conducted on standard binder pen50/70 specimens at the design asphalt binder content and with a binder additional of 0,5%, representing the rich-bottom layer, widely used in perpetual pavement structures. The +0,5% asphalt content mix provided a more flexible mixture when compared to the mix at design binder content, because required higher displacements to reach the number of cycles to the development of cracking and failure.

Por vezes o comportamento vinculado a fadiga é a principal fonte de dúvidas em projetos de engenharia. Aqui, o crescimento de trincas por fadiga é analisado numericamente utilizando uma plataforma de elementos finitos, onde o problema da fratura é modelado de forma discreta através do uso de elementos coesivos de interface. Os casos estudados abordam estruturas que apresentam uma trinca inicial de tamanho conhecido que propaga por um caminho condicionado. Os problemas são restritos ao estado plano de deformações e sujeitos em sua grande maioria a abertura normal entre as superfícies da trinca. O processo de separação das interfaces da trinca é descrito pelo uso de dois modelos de zona coesiva irreversível. Os modelos possuem relações de tensão-separação que não seguem um caminho pré-definido, sendo dependentes da evolução do dano ligado as propriedades da zona coesiva. Inicialmente são mostradas respostas básicas uniaxiais para os elementos coesivos, que provam a existência de curvas S-N e que o acumulo de dano ocorre de forma não linear. Em seguida, analisa-se crescimento de trincas por fadiga em uma viga do tipo double cantilever beam, onde a estrutura observada é formada pela união de duas chapas metálicas através de um adesivo coesivo que direciona o crescimento da trinca Casos com carga de amplitude única são computados, resultando na representatividade da propagação por uma lei de Paris. Além disso, uma análise de fadiga transiente é realizada através de respostas geradas pela aplicação de sequências de carregamentos em blocos, que mostram a dependência entre o formato do bloco e a maneira a qual ocorre a propagação da trinca. Na sequência, observa-se o efeito escala no crescimento de trincas por fadiga em uma placa submetida a tração com comportamento quase-frágil. Obtém-se uma conexão entre a altura da placa e o formato da ruptura. Por fim, o efeito da plastificação sobre a propagação de trincas, incluindo a captura do efeito crack closure, é comprovado em uma estrutura multicamada que emprega uma malha refinada na ponta da trinca. Os resultados mostram que o modelo computacional implementado reproduz comportamentos semelhantes atingidos nos trabalhos de referência para os problemas analisados. / Sometimes fatigue-related behavior is the main source of doubt in engineering projects. Here, the fatigue crack growth is analyzed numerically using a finite element platform, where the fracture problem is discretely modeled through the use of cohesive interface elements. The cases studied deal with structures that present an initial crack of known size that propagates through a conditioned path. The problems are restricted to plane strain and are mostly subject to the normal opening between the surfaces of the crack. The process of separating the interfaces of the crack is described by the use of two models of irreversible cohesive zone. The models have stress-separation relationships that do not follow a predefined path, being dependent on the evolution of the damage linked to the properties of the cohesive zone. Initially basic uniaxial responses are shown for the cohesive elements, which prove the existence of S-N curves and that the accumulation of damage occurs non-linearly. Then, fatigue crack growth is analyzed in a double cantilever beam, where the observed structure is formed by the union of two metal plates through a cohesive adhesive that directs the growth of the crack Cases with single amplitude loading are computed, resulting in the representativeness of propagation by a Paris law. In addition, a transient fatigue analysis is performed through responses generated by the application of block loading sequences, which show the dependence between the block shape and the manner in which crack propagation occurs. In the sequence, the scale effect on the growth of fatigue cracks in a plate subjected to traction with quasi-fragile behavior is observed. A connection is obtained between the height of the plate and the rupture format. Finally, the plastification effect on crack propagation, including crack closure capture, is demonstrated in a multilayer structure that employs a refined mesh at the crack tip. The results show that the computational model implemented reproduces similar behaviors reached in the reference works for the analyzed problems.

Neste trabalho, é estudada a fratura na interface de materiais dissimilares empregando duas metodologias distintas: a Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE) e os métodos coesivos. O uso da MFLE aplicada a trincas situadas na interface de materiais dissimilares apresenta algumas dificuldades bem conhecidas que podem inviabilizar seu uso, como a presença de zonas de contato na frente da trinca que ocorrem em certas combinações de carregamento misto. Outra dificuldade é a inexistência de um modo I puro na ponta da trinca, o que dificulta estabelecer uma propriedade de fratura única para a interface que não dependa do carregamento. (Continuação ) As metodologias coesivas não apresentam tais limitações, em princípio. Neste trabalho é feito uma comparação das previsões fornecidas pelas duas metodologias para o caso de uma trinca restrita à interface de 2 materiais distintos, considerados elástico lineares. Observa-se uma boa correspondência na previsão obtida pelas metodologias em um caso simples de carregamento em modo I. Efeitos dinâmicos também são considerados e observa-se um aumento no grau de mistura (modos I / II) com o aumento da velocidade de propagação. Finalmente, aplica-se o método coesivo ao caso de um material composto por cilindros de alumínio em uma matriz de polimetacrilato de metila. Além de ser verificada a importância da energia de fratura de interface no comportamento global da estrutura, é mostrado que os modelos coesivos capturam o efeito de escala, contrariamente à MFLE. / In this work, bi-material interface fracture is studied by two different methodologies: Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and the cohesive methods. The application of LEFM to cracks laying at the interface of two different materials presents some well-known difficulties that can limit its use. The development of a contact zone at the crack tip, for certain combinations of loading, is one of them. Another is the fact that pure Mode I at the crack tip does not exist, which creates difficulties to define a unique interface fracture energy, independent of the loading. Cohesive methodologies do not present such limitations, in principle. In this work a comparison of the forecast obtained by the two methodologies, for a crack constrained to a bi-material interface, is considered. It can be observed a good agreement for the two methodologies, for a simple case in mode I loading. Dynamic effects are also considered and it was observed that the greater the crack propagation velocity, the greater the degree of mixture between modes I/II. Finally, the cohesive methodology is applied to a composite case, where a matrix is reinforced by a second material in the shape of cylindrical bars. Fracture energy of the interface plays a key role on the structural global behavior. Also, it is shown that cohesive models are able to capture scale effects, contrarily to LEFM.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-07-07T12:57:30Z No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-07-14T18:43:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-14T18:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JoséFabianoAraújoMoreira.pdf: 2605715 bytes, checksum: f82797312494d7e18efd19b1a08ad0d4 (MD5) / Esta dissertação teve como objetivo formular e implementar um modelo de dano contínuo e um modelo de dano contínuo-descontínuo (com transição para fratura) para os modos I e misto (I+II) de abertura de trinca, por meio do Método dos Elementos Finitos Generalizados, capaz de predizer falhas em estruturas de materiais quasi-frágeis. Portanto, a mais importante contribuição desta pesquisa foi a criação de um modelo capaz de simular numericamente a resistência de membros estruturais sob falhas em modo misto de maneira eficiente e com objetividade de malha, baseado em uma lei de evolução de dano que utiliza apenas parâmetros físicos, que podem ser obtidos por meio de ensaios de resistência e fratura, sem a necessidade de calibração adicional do modelo. A validação do mesmo se deu por intermédio da comparação com resultados experimentais para vários tipos de ensaios e diferentes materiais e modos de falha. Os ensaios simulados com o modelo foram: flexão em três pontos em viga com entalhe central, flexão em quatro pontos em viga sem entalhe, estrutura com duplo entalhe e cisalhamento em quatro pontos em viga com entalhe central. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência e acurácia do modelo na previsão do comportamento de ruptura de diferentes materiais cimentícios com e sem a incorporação de fibras, submetidos a falhas em modo I e em modo misto. Ademais, o modelo consegue fornecer resultados com uma precisão equivalente à de outros modelos encontrados na literatura, porém utilizando um número bem reduzido de elementos na malha. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This research aims to formulate and implement a continuous and continuous-discontinuous (with transition to fracture) damage model for the crack opening mode I and mixed (I + II) in the framework of the Generalized Finite Element Method, able to predict failures in quasi-brittle materials. Therefore, the most important contribution of this research is the creation of a model capable of simulating numerically the resistance of structural members under mixed mode failures efficiently and with mesh objectivity. This model is based on a damage evolution law using only physical parameters, which can be obtained through fracture and resistance tests without the need of further calibration. Comparison with experimental results for various types of tests, materials and different failure modes were performed to assess the accuracy and efficiency. The tests simulated with the model were: three point bending in a single edge notch bean, four points bending unnotched, double-edge-notched specimen and single edge notched beam in anti-symmetric four-point-shear loading. The results obtained herein confirmed the efficiency and accuracy of the model in predicting rupture behavior of different cementitious materials, with or without the incorporation of fibers, subjected to mode I and mixed mode failure. Moreover, the model can provide results with equivalent accuracy to others in the literature using fewer elements in the mesh.

Pathologies have always been part of the middle of the construction and are presented in various aspects such as cracks, fissures, moisture, stains, detachments, among others. Its appearance is due to project flaws, construction and maintenance, creating unhealthy environments, unpleasant aesthetics and often with dubious structural safety. In addition, recovery generally has high costs. For this reason, it became important to the review of these conditions in the buildings of the Federal University of Santa Maria, as they are frequented by thousands of users daily and, therefore, should fulfill its function with good performance and ensure security for them. Case studies presented here sought to raise and identify the problems, their causes and types of intervention to be applied to recovery of the buildings. The work was conclusive that the building project phase is crucial for the definition of the conditions. Complete technical projects and integrated, as well as detailing and appropriate specifications combined with an execution quality management system is fundamental to avoid the presence of constructive pathologies. / As patologias sempre fizeram parte do meio da construção civil e apresentam-se sob diversos aspectos como: trincas, fissuras, umidades, manchas, descolamentos, entre outros. Seu surgimento ocorre devido a falhas de projeto, construtivas e de manutenção, gerando ambientes insalubres, de estética desagradável e, muitas vezes, com segurança estrutural duvidosa. Além disso, sua recuperação, geralmente, apresenta altos custos. Por essa razão, tornou-se relevante o levantamento dessas patologias nos prédios da Universidade Federal de Santa Maria, visto que, os mesmos são frequentados por milhares de usuários diariamente e, portanto, devem cumprir sua função com bom desempenho, além de garantir segurança aos mesmos. Estudos de caso aqui apresentados buscaram levantar e identificar os problemas existentes, suas causas e tipos de intervenção a serem aplicadas para recuperação das edificações. O trabalho foi conclusivo de que a fase de projeto da edificação é determinante para a definição das patologias. Projetos técnicos completos e integrados entre si, além de detalhamentos e especificações adequados e aliados a um sistema de gestão da qualidade da execução são fundamentais para evitar a presença de patologias construtivas.