Documento | Doutorado |
Área | Métodos Numéricos |
Data da defesa | 12/03/1999 |
Autor | ROCHA, João Augusto de Lima |
Orientador | VENTURINI, Wilson Sergio |
Português | |
Título | Contribuição para a teoria termodinamicamente consistente da fratura |
Resumo
Como ponto de partida para a formulação da teoria termodinamicamente consistente
da fratura, parte-se das cinco equações globais do balanço termomecânico (massa,
momentum linear, momentum angular, energia e entropia), aplicadas ao caso de um sólido
dentro do qual superfícies internas regulares podem evoluir, continuamente, com o processo
de deformação, simulando fissuras. Faz-se a passagem das equações globais às
correspondentes equações locais de balanço, inclusive nos pontos das superfícies de avanço
das fissuras, e chega-se ao critério termodinâmico geral de fratura. Fazendo-se uso da noção
de energia livre de Helmholtz, particulariza-se o critério para o caso isotérmico. Na
seqüência, contando-se com o auxílio da Análise de Sensibilidade à variação de forma, da
Otimização Estrutural, aplicada ao caso da fratura, obtém-se o parâmetro termodinâmico de
fratura, válido para uma parte arbitrária do sólido contendo uma fissura. Assim, o problema
fica reduzido à obtenção do valor de uma integral sobre a fronteira da parte do sólido
considerada. O Método dos Elementos de Contorno é utilizado para a obtenção de
resultados aproximados desse parâmetro, que é alternativo à integral J de Rice. Conclui-se,
com uma proposta de experimento de laboratório, acoplado a um experimento numérico,
para o caso de um problema bidimensional. A partir da comparação entre resultados do
experimento de laboratório e do correspondente experimento numérico, sugere-se que será
possível a calibração de parâmetros associados ao comportamento não linear do material
nas proximidades da extremidade de uma fissura.
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Palavras-chave | Análise de sensibilidade. Fratura. Mecânica da fratura. Método dos Elementos de Contorno. Teoria da fratura. Termodinâmica da fratura |
English | |
Title | Contribution to the thermodynamically consistent theory of fracture. |
Abstract
The construction of a thermodynamically consistent theory of fracture, is here
proposed assuming that the five global equations of the thermomechanical balance (mass,
linear momentum, angular momentum, energy and entropy), of Continuum Mechanics, are
valid in the case of a solid containing flaws, simulating initial cracks. Considering the
possibility of crack advances, the passage from global equations to local ones conducted to
local balance, also for points taken over the crack advancing surfaces. As consequence, a
general thermodynamic fracture criterion is obtained. Then, using the concept of Helmholtz
Free Energy, this fracture criterion is particularised to the isothermal case. The Shape
Sensitivity Analysis, used as a tool of Fracture Mechanics, conducted to a fracture
thermodynamic parameter Gt, whose physical meaning is analogous to the Griffith’s energy
release rate (or the Rice’s J integral) but that parameter is based on the strain energy instead
potential total energy. The Boundary Element Method is used in the construction of a
strategy of coupling numerical and experimental tests, viewing the construction of a
particular fracture criterion, valid to plane problems. In conclusion, one proposes that this
numerical and experimental coupling be adopted for calibration of non-linear models of
material behaviours, valid in the neighbouring of crack’s onset.
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Keywords | Boundary element method. Fracture. Fracture mechanics. Fracture theory. Fracture thermodynamics. Sensitivity analysis |