Modelagem computacional de materiais frágeis reforçados com fibras

Resumo

Este projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de novas técnicas para a modelagem computacional de estruturas de concreto. Fibras de aço, dispersas na matriz cimentícia, podem ser consideradas. Estas técnicas envolve diversos assuntos como a teoria das misturas; elementos finitos com alto fator de aspecto; abordagem de descontinuidade forte contínua; descontinuidade incorporada e esquemas de aceleração para a solução de modelos de elementos finitos não lineares. Nesta abordagem as barra de aço (armaduras e fibras) serão representadas por elementos finitos de treliça com modelos constitutivos elastoplásticos. A interface barra-matriz cimentícia será representada utilizando elementos finitos padrões com alto fator de aspecto. Estes elementos apresentam a mesma cinemática da abordagem de descontinuidade forte contínua (CSDA - sigla em inglês) e pode ser utilizados para descrever a degradação que ocorre entre os materiais constituintes do compósito, mesmo quando a interface da região tende a zero. Alguns modelos de dano escalar, consistente com a CSDA serão desenvolvidos para descrever o comportamento entre os constituintes do compósito (tensão de cisalhamento x descolamento). Elementos finitos especiais de compatibilidade serão utilizados para conectar os nós dos elementos de interface com os elementos da matriz cimentícia, fornecendo um tipo de representação incorporada das armaduras de aço e fibras e permitindo sua utilização em configurações complexas de disposição de barras. O comportamento dos materiais frágeis será representado através de um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo e a formação e a propagação das fissuras é representada através da técnica de descontinuidade incorporada. Para incrementar a robustez da análise, um esquema de aceleração baseado no esquema de integração Implícito/Explícito será desenvolvido para a solução das equações de elementos finitos não lineares. O programa desenvolvido será validado através da análise de ensaios laboratoriais cujos resultados estão disponíveis na literatura. Inicialmente testes básicos, como de tração, compressão e arrancamento serão simulados para validar a abordagem desenvolvida e por fim serão simulados elementos estruturais mais complexos. (AU)