Em diversas áreas da engenharia, a análise termomecânica é indispensável para a análise de materiais e estruturas, devido à importância de se considerar os prejuízos às propriedades mecânicas e ao comportamento mecânico sob cargas térmicas acentuadas. Pode-se mencionar como exemplos os problemas de incêndio, balística e conformação de metais. Nessas situações que envolvem elevadas temperaturas, verifica-se com frequência o desenvolvimento de grandes deslocamentos e de grandes deformações nos corpos, apresentando intrinsecamente um comportamento não-linear geométrico e físico. Dada a importância do modelo constitutivo para a adequada simulação do comportamento do material, foi desenvolvido um modelo constitutivo termo-visco-elasto-plástico alternativo e implementado em programa computacional próprio, resultando na capacidade de modelar adequadamente problemas termomecânicos, com ênfase em materiais metálicos submetidos às ações térmicas acentuadas. O programa foi desenvolvido utilizando o Método dos Elementos Finitos Posicional como estratégia de resolução numérica, o qual considera, de forma intrínseca, a não-linearidade geométrica exata em suas formulações, sendo utilizados elementos finitos de sólido prismático de base triangular para a discretização do domínio dos corpos analisados em subdomínios aproximados. O modelo constitutivo hiperelástico implementado é resultante da combinação dos modelos de Rivlin-Saunders e de Hartmann-Neff, sendo adequado para análises de problemas em regime de grandes deformações. Os modelos de plasticidade e viscosidade foram implementados utilizando formulações baseadas na decomposição multiplicativa do tensor de alongamento à direita de Cauchy-Green em parcelas volumétricas e isocóricas. O código de análise térmica foi desenvolvido a partir da equação diferencial da condução de calor transiente, tanto para o caso linear quanto para o caso não-linear. O modelo termomecânico foi construído a partir do acoplamento unidirecional explícito, também denominado de modelo termomecânico desacoplado. A combinação de todas as implementações efetuadas anteriormente resultou no modelo termo-visco-elasto-plástico alternativo adequado para grandes deformações. O programa desenvolvido foi validado com sucesso por meio de comparações com exemplos da literatura científica e foi verificado que o mesmo é capaz de simular satisfatoriamente o comportamento termo-elasto-plástico de estruturas metálicas submetidas a elevadas temperaturas, bem como o comportamento termo-visco-elasto-plástico de sólidos em mudança de fase.

In several engineering fields, thermomechanical analysis is crucial for the analysis of materials and structures, due to the importance of considering the degradation of mechanical properties and behavior under significant thermal loads. Examples include fire problems, ballistics, and metal forming. In these high-temperature situations, large displacements and strains of bodies are frequently observed, exhibiting an intrinsic geometric and physical nonlinear behavior. Given the importance of the constitutive model for the proper simulation of material behavior, an alternative thermo-visco-elasto-plastic constitutive model was developed and implemented in a proprietary computational program. This program enables the appropriate modeling of thermomechanical problems, with emphasis on metallic materials subjected to high thermal loads. The program was developed using the Positional Finite Element Method as the numerical solution strategy, which intrinsically considers the exact geometric nonlinearity in its formulations, and triangular-based prismatic solid finite elements were used to discretize the domain of analyzed bodies into approximate subdomains. The implemented hyperelastic constitutive model is a combination of the Rivlin-Saunders and Hartmann-Neff models, which is suitable for large strain analysis. The plasticity and viscosity models were implemented using formulations based on the multiplicative decomposition of the right Cauchy-Green stretch tensor into volumetric and isochoric parts. The thermal analysis code was developed from the transient heat conduction differential equation, considering both linear and nonlinear cases. The thermomechanical model was built using one-way explicit coupling, also referred to as the uncoupled thermomechanical model. The combination of all the previous implementations resulted in the alternative thermo-visco-elasto-plastic model, which is appropriated for large strain problems. The developed program was successfully validated by comparing it with examples from the scientific literature. It was found that the program can satisfactorily simulate the thermo-elasto-plastic behavior of metallic structures subjected to high temperatures, as well as the thermo-visco-elasto-plastic behavior of phase-changing solids.