Motivado pelos recentes avanços na manufatura aditiva e em outros processos de fa- bricação de elementos estruturais, este trabalho dedica-se ao desenvolvimento de uma ferramenta numérica para simular problemas termomecânicos, incluindo mudança de fase sólido-líquido e situações de contato. O escopo desta pesquisa inclui o desenvolvimento de modelos constitutivos termo-viscoelástico-viscoplásticos para sólidos submetidos a grandes deformações, enquanto a fase líquida é representada pelo modelo Newtoniano incompressível. A formulação apresentada utiliza uma descrição totalmente Lagrangiana e termodinamicamente consistente: tanto os modelos constitutivos quanto a equação da condução de calor baseiam-se nas leis da termodinâmica. Ambos são definidos a partir da energia livre de Helmholtz, de onde derivam a tensão e a entropia. A solução numérica do problema físico é realizada pelo método dos elementos finitos, com uma abordagem baseada em temperaturas nodais para o problema térmico, e em posições nodais para o problema mecânico. Para a simulação de sólidos e fluidos incompressíveis, emprega-se uma formulação mista do método dos elementos finitos baseada em posições e pressões nodais. O contato entre corpos é modelado utilizando o método nó-a-superfície com multiplicadores de Lagrange. Para o problema termomecânico de mudança de fase entre sólido e líquido, propõe-se um modelo totalmente Lagrangiano baseado na decomposição multiplicativa do gradiente de deformação mecânica em componentes sólida e líquida. A evolução de cada componente é controlada pelo modelo constitutivo do material, que varia conforme a fase. Essa abordagem garante uma descrição cinemática consistente em problemas en- volvendo grandes deformações. Em todas as etapas deste trabalho, exemplos numéricos representativos são simulados com o objetivo de verificar o código proposto e demonstrar as características dos modelos desenvolvidos.

Motivated by recent advances in additive manufacturing and by other manufacturing processes for structural elements, we develop a numerical framework for simulating ther- momechanical problems, including solid-liquid phase change and contact. The scope of this research includes the formulation of large strain thermo-viscoelastic-viscoplastic constitu- tive models to represent the solid phase of materials, while the liquid phase is represented by the incompressible Newtonian model. The proposed thermomechanical framework employs a total Lagrangian description and is thermodynamically consistent: both, the constitutive models and the heat conduction equation are based on the laws of thermody- namics, defined by the Helmholtz free energy, from which stress and entropy are derived. The numerical solution of the physical problem is performed using the finite element method, with a temperature-based approach for the thermal problem and a position-based approach for the mechanical problem. For the simulation of incompressible solids and fluids, a mixed FEM formulation based on position and pressure is employed. Contact between bodies is modeled using the node-to-surface scheme with Lagrange multipliers. For the thermomechanical problem of solid-liquid phase change, we propose a total Lagrangian model based on the multiplicative decomposition of the mechanical deformation gradient into solid and liquid components. The evolution of each component is governed by its corresponding constitutive model. This approach ensures a consistent kinematic description for large strain problems. Representative numerical examples are simulated to verify the developed computational code and to demonstrate the characteristics of the developed models.