Kycianne Rose Alves de Góes Barros
Proposta de um modelo de dano concentrado para falha em modo misto: aplicações em estabilidade de taludes
Resumo
Graças à sua capacidade de simular a ocorrência e a propagação de fissuras em diversos tipos de estruturas, a Mecânica da Fratura e a Mecânica do Dano têm sido amplamente exploradas para a modelagem numérica da degradação e da ruptura em materiais quase frágeis. Nesse contexto, a Mecânica do Dano Concentrado Expandida (MDCX), surge como uma alternativa para modelar falhas localizadas por meio de bandas de localização incorporadas aos elementos finitos. O objetivo deste trabalho é desenvolver, implementar e validar uma formulação que utiliza a Mecânica do Dano Concentrado Expandida para modelar falhas em modo misto (Modo I (abertura) e Modo II (cisalhamento no plano)). O modelo utiliza elementos finitos bidimensionais com bandas de localização em suas faces para representar o processo de degradação do material. A implementação computacional da formulação foi progressivamente aprimorada durante a pesquisa, incluindo correções numéricas e a reformulação de rotinas associadas ao comportamento em cisalhamento, além da utilização de malhas quadrilaterais irregulares. Também foram realizados estudos paramétricos envolvendo os coeficientes 𝛼 e 𝛽 , relacionados, respectivamente, às contribuições dos Modos I e II, bem como o multiplicador de localização 𝜆 ! , associado à evolução do processo de degradação. A formulação foi avaliada por meio de oito exemplos numéricos, alguns retirados da literatura especializada e outros elaborados para abranger diferentes geometrias, materiais, condições de carregamento e mecanismos de falha. Os resultados foram comparados com dados experimentais e soluções numéricas de referência e, para os casos de refinamento de malha avaliados, a resposta global mostrou baixa sensibilidade à redução de tamanho do elemento. Os resultados obtidos contribuem para o estabelecimento de uma ferramenta numérica capaz de representar mecanismos complexos de fratura e localização de deformações em materiais quase frágeis, fornecendo uma base para aplicações em diferentes problemas estruturais.