Modelagem via upscaling das propriedades elásticas efetivas e da propagação de dano em materiais fraturados vistos como meios homogeneizados anisótropos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Guimarães, Marcos Bressan
• Orientador(a): Maghous, Samir
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Mecânica da fratura; Homogeneização; Micromecânica
• Palavras-chave em Inglês: Homogenization; Microfracture; Micromechanics; Damage
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/262157

Um modelo que combina um raciocínio micromecânico com conceitos termodinâmicos macroscópicos é formulado neste trabalho para avaliar a evolução de dano em materiais microfraturados. As fraturas correspondem a uma região de pequena espessura ao longo da qual as propriedades mecânicas e físicas do material são degradadas. Ao contrário das fissuras, as fraturas são capazes de transferir tensões, e podem, portanto, ser consideradas do ponto de vista mecânico como interfaces dotadas de um comportamento específico sob carregamento normal e de cisalhamento. O presente trabalho consiste em empregar uma abordagem micromecânica para formular o comportamento elástico homogeneizado de meios fraturados. No contexto da teoria da inclusão equivalente de Eshelby, a abordagem faz uso do esquema de Mori-Tanaka para estimar o tensor de rigidez elástico homogeneizado de materiais com múltiplas famílias de fraturas. De acordo com referências clássicas, as fraturas são modeladas geometricamente como esferoides oblatos dotados de propriedades elásticas apropriadas. No nível do meio homogeneizado, as densidades de fraturas são interpretadas como parâmetros de dano e combinando o raciocínio micromecânico com argumentos termodinâmicos macroscópicos são avaliadas as condições de propagação de dano em meios fraturados. Nesta perspectiva, é formulado um critério de propagação de dano, assim como sua lei de evolução para materiais com diversas famílias de microfraturas, o que resulta em um algoritmo capaz de avaliar a evolução do dano ao longo do tempo. Na etapa final do trabalho são desenvolvidas diversas aplicações numéricas que permitem identificar os principais fatores que influenciam a propagação e evolução do dano. Ênfase particular é dedicada a representação do dano anisotrópico, induzido por um carregamento aplicado em uma direção específica a um material com uma distribuição isótropa de fraturas. Desta forma, evidencia-se que as duas aproximações, descritas por três e nove famílias de fraturas, são suficientemente precisas para descrever o comportamento do problema real. A capacidade do modelo de evolução de dano descrever a resposta de um material submetido a um carregamento qualquer é demonstrada através de uma comparação com os dados experimentais disponíveis para um compósito de matriz cerâmica (SiC-SiC).