Gustavo Luz Xavier da Costa
Resumo
Nesta tese, a fratura dinâmica do concreto, considerado como um material het-erogêneo, é modelada através do Método dos Elementos Finitos. Para tanto, o presente trabalho está dividido em três grandes partes, a saber: modelagem da fis-suração do concreto, modelagem da heterogeneidade do concreto e análise dinâmica.
Na primeira parte, são apresentados os principais conceitos relacionados à mode-lagem da fissuração do concreto, o que são fissuras espúrias e suas consequências, bem como formas de evitá-las. Na segunda parte, é adotada uma abordagem prob-abilística para traduzir a heterogeneidade do material na sua resistência à tração e energia de fratura. O modelo é do tipo semi-explícito, em que o efeito das fissuras é modelado por meio do amolecimento do elemento finito. Na terceira parte, o au-mento de resistência real do concreto é modelado através de uma formulação em que a resistência depende da taxa de deformação. Formulação semelhante é proposta para a energia de fratura. O aumento aparente da resistência à tração e da ener-gia de fratura do concreto é naturalmente capturado pela análise dinâmica, através do algoritmo de Newmark. Também é proposta uma forma indireta de simular o impacto e a penetração de projéteis rígidos em estruturas de concreto. Casos como esse ocorrem na operação de canhoneio, um procedimento típico na indústria de Petróleo e Gás.
Abstract
In this thesis, dynamic fracture of concrete, regarded herein as a heterogeneous material, is modeled through the Finite Element Method. To do so, this thesis is divided in three main parts, namely: concrete cracking modeling, concrete hetero-geneity modeling and dynamic analysis. In the first part, it is presented the main concepts regarding concrete cracking modeling, what are spurious cracks and the consequences, as well as means to avoid them. In the second part, it is adopted a probabilistic approach in order to translate the material heterogeneity on its tensile strength and fracture energy. The model employed herein is of semi-explicit type, in which the effect of cracks are modeled through the finite element softening. In the third part, the actual concrete strengthening effect is modeled through a formu-lation where strength depends on the strain rate. Similar formulation is proposed for fracture energy. The apparent increase of tensile strength and fracture energy is naturally captured by the dynamic analysis, through the Newmark algorithm. It is also proposed an indirect way to simulate impact and penetration of hard projec-tiles in concrete structures. Cases like these occur in perforation operation, a typical procedure in Petroleum Industry.
