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https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5424
Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Título: | Análise do efeito de escala em materiais quase-frágeis utilizando a teoria peridinâmica |
Autor(es): | Marchesan, Maurício Bisognin |
Primeiro Orientador: | Friedrich, Leandro |
Resumo: | Experimentos laboratoriais, em geral, representam a realidade sobre o comportamento de determinado componente, porém no caso de estruturas muito grandes o tamanho acaba por exceder aquele disponível para realização dos ensaios e, desta maneira, modelos em escala reduzida são utilizados. O resultado desses experimentos pode dar indicativos do comportamento esperado do componente, desde que os resultados obtidos em laboratório não sejam influenciados pela diferença de tamanho. Porém, esta condição não é atendida para uma classe de materiais, os chamados de quase-frágeis. Estes materiais, como polímeros reforçados com fibras, rochas e principalmente o concreto, possuem características especificas e são utilizados em uma grande quantidade de aplicações na engenharia. No entanto, a depender da escala de análise das estruturas formadas por esses materiais o seu comportamento é influenciado pelo seu tamanho. A esse efeito dá-se o nome de efeito de escala estrutural. Utilizando como material de estudo o poliestireno expandido, vigas com três diferentes dimensões, proporcionais entre si, sujeitas a um ensaio de flexão em três pontos são analisadas numericamente através da peridinâmica (PD). A teoria peridinâmica é uma formulação particular do método dos elementos discretos tratando-se de uma teoria não-local que leva em consideração as forças entre pontos materiais em uma determinada vizinhança, definida por uma região chamada de horizonte. Os resultados em geral são comparados com estudos experimentais disponíveis na literatura. O efeito de escala será analisado sobre as quantidades mecânicas da tensão de flexão, rotação crítica e energia de fratura do material utilizando a abordagem fractal descrita por Carpinteri. Além disso, as amostras simuladas foram monitoradas através da técnica de emissão acústica e o efeito de escala também foi analisado desse ponto de vista. Os resultados mostram que a PD é uma ferramenta adequada para a simulação de materiais quase-frágeis e que o efeito de escala capturado é condizente com o esperado pela teoria e o previsto pelos dados experimentais. |
Abstract: | Laboratory experiments, in general, represent the reality about the behavior of a given component, however in the case of very large structures, the physical size delimits the space available for carrying out the tests and, in this way, small scale models are used. The results of these experiments can give indications of the expected behavior of the component, as long as the results obtained in the laboratory are not influenced by the size difference. However, this condition is not met for a class of materials, called quasi-brittle. These materials, such as polymers reinforced with fibers, rocks and mainly concrete, have specific characteristics and are used in a large number of engineering applications. However, depending on the scale of analysis of the structures formed by these materials, their behavior is influenced by their size. This effect is called the structural scale effect. Using expanded polystyrene as study material, beams with three different dimensions, proportional to each other, subjected to a three-point bending test are analyzed numerically using peridynamics (PD). The peridynamic theory is a particular formulation of the discrete element method. It is a non-local theory that takes into account the forces between material points in a given neighborhood, defined by a region called the horizon. The results are generally compared with experimental studies available in the literature. The scale effect will be analyzed on the mechanical quantities of the flexural stress, critical rotation and fracture energy of the material, using the fractal approach described by Carpinteri. In addition, the simulated samples were monitored using the acoustic emission technique and the scale effect was also analyzed from this point of view. The results show that the PD is an adequate tool for the simulation of quasi-brittle materials and that the scale effect captured is consistent with what was expected by the theory and predicted by the experimental data. |
Palavras-chave: | Engenharia mecânica Teoria peridinâmica Mechanical engineering Peridynamics |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal do Pampa |
Sigla da Instituição: | UNIPAMPA |
Campus: | Campus Alegrete |
Citação: | MARCHESAN, Maurício Bisognin. Análise do efeito de escala em materiais quase-frágeis utilizando a teoria peridinâmica. Orientador: Leandro Friedrich. 2020. 54p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de mecânica) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia de mecânica, Alegrete, 2020. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5424 |
Data do documento: | 17-Dez-2020 |
Aparece nas coleções: | Engenharia Mecânica |
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