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Modelagem do processo de falha em materiais cimentícios reforçados com fibras

Processo: 09/07451-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2010
Vigência (Término): 30 de novembro de 2014
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Civil - Estruturas
Pesquisador responsável:Tulio Nogueira Bittencourt
Beneficiário:Luís Antônio Guimarães Bitencourt Júnior
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:04/03049-1 - Monitoração e avaliação da deformabilidade, da fissuração e da segurança de estruturas de concreto, AP.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):12/05430-0 - Modelagem computacional de materiais frágeis reforçados com fibras, BE.EP.DR
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Computação paralela   Análise não linear

Resumo

Este trabalho apresenta uma estratégia numérica desenvolvida usando o método dos elementos finitos para simular o processo de falha de compósitos cimentícios reforçados com fibras de aço. O material é descrito como um compósito composto por três fases: matriz cimentícia (pasta, argamassa ou concreto), fibras descontínuas discretas, e interface fibra-matriz. Um novo esquema de acoplamento para malhas de elementos finitos não-conformes foi desenvolvido para acoplar as malhas geradas independentes, da matriz cimentícia e de uma nuvem de fibras de aço, baseado na utilização de novos elementos finitos desenvolvidos, denominados elementos finitos de acoplamento. Utilizando este esquema de acoplamento, um procedimento não-rígido é proposto para a modelagem do complexo comportamento não linear da interface fibra-matriz, utilizando um modelo constitutivo de dano apropriado para descrever a relação entre a tensão de cisalhamento (tensão de aderência) e deslizamento relativo entre a matriz e cada fibra de aço individualmente. Este esquema também foi adotado para considerar a presença de barras de aço para as análises de estruturas de concreto armado. As fibras de aço são modeladas usando elementos finitos lineares com dois nós (elementos de treliça) com modelo material elastoplástico. As fibras são posicionadas usando uma distribuição randômica uniforme isotrópica, considerando o efeito parede.Uma abordagem contínua e outra descontínua são investigadas para a modelagem do comportamento frágil da matriz cimentícia. Para a primeira, é utilizado um modelo de dano isotrópico com duas variáveis de dano para descrever o comportamento de dano à tração e à compressão. A segunda emprega uma técnica de fragmentação de malha que utiliza elementos finitos degenerados, posicionados entre todos os elementos finitos que formam a matriz cimentícia. Para esta técnica é proposto um modelo constitutivo à tração, compatível com a abordagem descontínua forte contínua, para prever a propagação de fissura. Para acelerar o cálculo e aumentar a robustez dos modelos de dano contínuos para simular o processamento de falhas, um esquema de integração implícito-explícito é utilizado.Exemplos numéricos são apresentados ao longo do desenvolvimento desta tese. Inicialmente, exemplos numéricos com um único reforço são apresentados para validar a técnica desenvolvida e para investigar à influência das propriedades geométricas das fibras e sua posição em relação à superfície de falha. Posteriormente, exemplos mais complexos são considerados envolvendo uma nuvem de fibras. Nestes casos, atenção especial é dada à influência da distribuição das fibras no comportamento do compósito relacionado ao processo de fissuração. Comparações com resultados experimentais demonstram que a aplicação da ferramenta numérica para modelar o comportamento de compósitos cimentícios reforçados com fibras de aço é muito promissora e pode ser utilizada como uma importante ferramenta para melhor entender os efeitos dos diferentes aspectos envolvidos no processo de falha deste material.

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
BITENCOURT JR, LUIS A. G.; MANZOLI, OSVALDO L.; BITTENCOURT, TULIO N.; VECCHIO, FRANK J. Numerical modeling of steel fiber reinforced concrete with a discrete and explicit representation of steel fibers. INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, v. 159, p. 171-190, MAR 2019. Citações Web of Science: 1.
BITENCOURT, JR., LUIS A. G.; MANZOLI, OSVALDO L.; TRINDADE, YASMIN T.; RODRIGUES, EDUARDO A.; DIAS-DA-COSTA, DANIEL. Modeling reinforced concrete structures using coupling finite elements for discrete representation of reinforcements. FINITE ELEMENTS IN ANALYSIS AND DESIGN, v. 149, p. 32-44, SEP 15 2018. Citações Web of Science: 2.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
JÚNIOR, Luís Antônio Guimarães Bitencourt. Modelagem do processo de falha em materiais cimentícios reforçados com fibras de aço.. 2014. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica São Paulo.

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