Magno Teixeira Mota
Título
MODELO PROBABILÍSTICO ADAPTATIVO TRIDIMENSIONAL PARA FISSURAÇÃO EXPLÍCITA DE CONCRETO
Resumo
O presente trabalho relata o desenvolvimento de um modelo de fissuração probabilístico adaptativo tridimensional baseado no método dos elementos finitos. Nesse modelo, descontinuidades materiais são explicitamente representadas por elementos de interface. A modelagem tridimensional das fissuras torna possível analisar o processo de fratura de maneira mais realística, porém possui custo computacional consideravelmente maior que o de abordagens bidimensionais. Assim, com o propósito de diminuir o tempo de simulação, foram elaboradas estratégias de malha adaptativa e de paralelização computacional. Três procedimentos de adaptatividade de malha idealizados para a redução do uso de elementos de interface foram desenvolvidos e posteriormente avaliados. Para lidar com o contato entre superfícies de fissura, um modelo de fricção foi definido e calibrado. Parâmetros estatísticos que definem a heterogeneidade de diferentes classes de concreto foram estimados por meio de procedimentos de análise inversa realizados utilizando-se dados de referência provenientes de investigações experimentais. Resultados de validação demonstraram que o modelo probabilístico desenvolvido é capaz de predizer efeito escala em nível parecido com o observado experimentalmente, levando-se em conta a falha sob tração de corpos de prova de concreto simples. Os resultados também revelam que diferentes níveis de amolecimento podem ser obtidos. Além disso, tanto a adaptatividade de malha quanto a paralelização computacional mostraram-se vantajosas, sendo capazes de promover significativas reduções de tempo de simulação.
Abstract
The present work reports the development of a 3D adaptive probabilistic cracking model based on the finite element method. In this model, material discontinuities are explicitly represented by interface elements. The three-dimensional modeling of cracks makes it possible to analyze the fracture process in a more realistic way, but it has a computational cost considerably higher than that of two-dimensional approaches. Thus, with the intention of decreasing the simulation time, adaptive mesh procedures and computational parallelization strategies were developed. Three mesh adaptivity procedures designed to reduce the use of interface elements were developed and later evaluated. In order to handle the contact between crack surfaces, a friction model was defined and calibrated. For the estimation of statistical parameters that define the heterogeneity of different classes of concrete, inverse analysis procedures were performed by using reference data derived from experimental investigations. Validation results demonstrated that the developed probabilistic model is capable of predicting scale effect at a level similar to that experimentally observed, taking into account the tensile failure of plain concrete specimens. Results also reveal that different softening levels can be obtained. Furthermore, both the mesh adaptivity and the computational parallelization proved to be advantageous, being able to promote significant reductions in simulation time.
