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Type: Tese
Title: Modelagem computacional do concreto: implementação de um modelo termo-dano acoplado para fissuração e uma proposta de estratégia de homogeneização
Author: Assis, Lahis Souza de
First Advisor: Bastos, Flávia de Souza
Co-Advisor: Farage, Michèle Cristina Resende
Referee Member: Borges, Carlos Cristiano Hasenclever
Referee Member: Ainsworth Junior, George Oliveira
Referee Member: Pitangueira, Roque Luiz da Silva
Referee Member: Rodrigues, Eduardo Alexandre
Resumo: O concreto é um material multifásico altamente heterogêneo e, por isso, o seu comportamento não linear está diretamente ligado às suas características micro e macroestruturais. Além disso, sabe-se que quando sujeito a temperaturas elevadas, o material tem suas propriedades mecânicas degradadas, o que pode levar ao surgimento e à propagação de microfissuras e, em casos extremos, à falha completa do elemento estrutural. Nesse sentido, conhecer o desempenho do concreto submetido a carregamentos termomecânicos é de extrema importância para, por exemplo, avaliar a segurança estrutural de edificações que passaram por eventos de incêndio. No entanto, a realização de ensaios experimentais pode não ser uma tarefa fácil por questões físicas e financeiras. Assim, o desenvolvimento de modelos computacionais que simulem estes problemas, surge como uma alternativa flexível e viável economicamente. Por outro lado, além da complexidade intrínseca do material, fenômenos termomecânicos são naturalmente complicados por suas características multifísicas. A temperatura influencia na resposta mecânica através do desenvolvimento de tensões térmicas adicionais e da termo-dependência das propriedades, e os fenômenos mecânicos impactam no campo de temperaturas devido à denominada Resistência Térmica da Fissura. Estratégias de acoplamento têm sido propostas com o objetivo de solucionar esta classe de problemas, cada uma com suas vantagens e desvantagens peculiares. Quanto à modelagem da fissuração, abordagens contínuas e discretas têm se mostrado adequadas para descrever o processo de falha do material, submetido a carregamentos mecânicos, térmicos ou mistos. Neste cenário, esta Tese de Doutorado apresenta a implementação de um modelo termo-dano baseado em elementos de interface com alta razão de aspecto e em uma lei de dano à tração para o concreto, solucionado através do Método dos Elementos Finitos. Uma proposta de expressão para representar a Resistência Térmica da Fissura bem como uma estratégia de homogeneização são apresentadas. Diversos experimentos computacionais são realizados e confrontados com dados da literatura para comprovar a confiabilidade da metodologia proposta. Os resultados encontrados capturam a resposta não linear oriunda da redução da rigidez pela variável dano, bem como a influência da temperatura na capacidade de carga por conta do acoplamento bidirecional entre os campos.
Abstract: Concrete is a highly heterogeneous multiphase material and so its nonlinear behavior is directly linked to its micro and macrostructural features. In addition, it is known that its mechanical properties are degraded when the material is subjected to high temperatures, which can lead to the appearance and propagation of microcracks and, in extreme cases, to the complete failure of the structural element. Therefore, knowing the performance of concrete under thermomechanical loads is of great importance to assessing structural security after fire events, for example. However, carrying out experimental tests may not be an easy task for physical and financial reasons. Thus, the development of computational models that simulate these problems emerges as a flexible and economically viable alternative. On the other hand, in addition to the intrinsic complexity of the material, thermomechanical phenomena are naturally difficult due to their multiphysics characteristics. The temperature influences the mechanical response through the development of additional thermal stress and thermo-dependency of the properties and the mechanical phenomena impact on the temperature field due to called Thermal Crack Resistance. Coupling strategies have been proposed to solve this type of problem, each with its advantages and disadvantages. Regarding cracking modeling, continuous and discrete approaches have been shown to be adequate to describe the concrete failure process subjected to mechanical, thermal and mixed loadings. That way, this Ph.D. Thesis shows the implementation of a thermaldamage model based on interface elements with a high aspect ratio and on a traction damage law for concrete, using the framework of the Finite Element Method. One expression proposal to represent the Thermal Crack Resistance as well a homogenization strategy are presented. Several computacional tests are made and confronted with reference datas to prove the proposal methodology confiability. Results captured the nonlinear response arising from the reduction in stiffness due to the damage variable, as well as such as the influence of temperature on load capacity due to bidirectional coupling between the fields.
Keywords: Acoplamento termomecânico
Fissuração
Resistência térmica da fissura
Homogeneização
Modelagem computacional
Thermomechanical coupling
Cracking
Thermal crack resistance
Homogenization
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17538
Issue Date: 25-Sep-2024
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