O presente trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de formulações enriquecidas do Método dos Elementos de Contorno (MEC) tridimensional para a representação de condições de contorno concentradas e distribuídas em sólidos fissurados. Além disso, é escopo desta pesquisa a análise de problemas de fratura não-linear em materiais quase-frágeis, em conjunto com as estratégias de enriquecimento elaboradas. Nesse sentido, destaca-se que o MEC é um método numérico robusto e eficiente para a representação do comportamento mecânico de complexos componentes da engenharia, uma vez que não requer malha de domínio. Assim, a aplicação do MEC em problemas da mecânica da fratura é vantajosa, dado que a ausência da malha de domínio simplifica o processo de remalhamento. Esta pesquisa utiliza o MEC em sua abordagem tridimensional, com objetivo de simular problemas de engenharia nos quais simplificações uni e bidimensionais levam à perda da representatividade do problema. O enriquecimento ocorre no campo mecânico de forças de superfície, de modo a considerar condições de contorno concentradas e distribuídas. A influência das fissuras é efetuada por meio da formulação dual do MEC, em que as equações integrais singular e hipersingular são aplicadas. Já a ocorrência da fratura não-linear em materiais quase-frágeis é representada ao longo de interfaces pré-estabelecidas, com a incorporação de modelos coesivos e a técnica de sub-regiões do MEC. Diante disso, o caminho de propagação da fissura deve ser previamente informado. São utilizados dois operadores para a resolução do problema: Operador Constante (OC) e Operador Tangente (OT). O primeiro operador faz uso apenas da rigidez elástica da estrutura na busca da posição equilibrada, enquanto que o segundo considera as propriedades de degradação mecânico-material existentes. Dessa forma, o OT é mais eficiente na obtenção da convergência dos resultados. As estratégias implementadas neste trabalho são verificadas por meio de exemplos numéricos, com os resultados sendo comparados a modelos equivalentes construídos via Método dos Elementos Finitos (MEF) ou respostas disponíveis na literatura. Por fim, prova-se a precisão das técnicas desenvolvidas neste trabalho, haja vista a excelente concordância entre os resultados numéricos obtidos e as referências.

This work presents the study and development of three-dimensional Boundary Element Method (BEM) enriched formulations for the representation of punctual and distributed boundary conditions in cracked bodies. In addition, it is aim of this research the non-linear fracture analysis of quasi-brittle materials, coupled with the enrichment strategies. In this regard, it is remarkable that BEM is a robust and efficient numerical method for the representation of mechanical behavior of complex engineering components, since it does not require domain mesh. Thus, the application of BEM in fracture mechanics problems is interesting, since the absence of the domain mesh simplifies the remeshing process. This work utilizes the three-dimensional BEM approach, in order to represent engineering problems in which unidimensional and bidimensional simplifications lead to the loss of representativeness of the problem. The enrichment proposal is applied on traction mechanical field, in order to account the concentrated and distributed boundary conditions. The cracks influence is considered using the Dual BEM, in which both integral and hypersingular equations are applied. The study of non-linear fracture in quasi-brittle materials incorporates the cohesive model and multidomain technique to an existent interface. In this context, it is necessary to inform the crack growth path. Two operators are developed to solve the non-linear problem: Constant Operator (CO) and Tangent Operator (TO). The former utilizes only the elastic stiffness, while the latter considers the existing mechanical degradation properties. Thus, TO is more efficient to converge to the answer. The strategies implemented in this work are verified by numerical applications, with the results being compared with models calculated by the Finite Element Method (FEM), or experimental data from the literature. Finally, the accuracy of the techniques developed in this research is proved, given the excellent agreement between the obtained results and the references.