Aplicação do Método dos Elementos Discretos formado por barras no estudo do colapso de estruturas

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Kosteski, Luis Eduardo
• Orientador(a): Iturrioz, Ignacio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Colapso estrutural; Estruturas (Engenharia); Método dos elementos discretos; Elementos finitos
• Palavras-chave em Inglês: Discrete element method; Finite element method; Abaqus; Scaling effects; Multifractal
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/56589

No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas.