Numerical modeling of failure processes in steel fiber reinforced cementitious materials (2014)
- Authors:
- Autor USP: BITENCOURT JÚNIOR, LUÍS ANTÔNIO GUIMARÃES - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PEF
- Subjects: AÇO; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; MATERIAIS COMPÓSITOS DE FIBRAS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Este trabalho apresenta uma estratégia numérica desenvolvida usando o método dos elementos finitos para simular o processo de falha de compósitos cimentícios reforçados com fibras de aço. O material é descrito como um compósito composto por três fases: matriz cimentícia (pasta, argamassa ou concreto), fibras descontínuas discretas, e interface fibra-matriz. Um novo esquema de acoplamento para malhas de elementos finitos não-conformes foi desenvolvido para acoplar as malhas geradas independentes da matriz cimentícia e de uma nuvem de fibras de aço, baseada na utilização de um novo elemento finito desenvolvido, denominado elemento finito de acoplamento. Utilizando este esquema de acoplamento, um procedimento semi-rígido é proposto para a modelagem do complexo comportamento não linear da interface fibra-matriz, utilizando um modelo constitutivo de dano apropriado para descrever a relação entre a tensão de cisalhamento (tensão de aderência) e deslizamento relativo entre a matriz e cada fibra de aço individualmente. Este esquema também foi adotado para considerar a presença de barras de aço para as análises de estruturas de concreto armado. As fibras de aço são modeladas usando elementos finitos lineares com dois nós (elementos de treliça) com modelo material elastoplástico. As fibras são posicionadas usando uma distribuição randômica uniforme isotrópica, considerando o efeito parede. Uma abordagem contínua e outra descontínua são investigadas para a modelagem do comportamento frágil da matriz cimentícia. Para a primeira, é utilizado um modelo de dano isotrópico com duas variáveis de dano para descrever o comportamento de dano à tração e à compressão. A segunda emprega uma técnica de fragmentação de malha que utiliza elementos finitos degenerados, posicionados entre todos os elementos finitos que formam a matriz cimentícia.Para esta técnica é proposto um modelo constitutivo à tração, compatível com a abordagem descontínua forte contínua, para prever a propagação de fissura. Para acelerar o cálculo e aumentar a robustez dos modelos de dano contínuos para simular o processamento de falhas, um esquema de integração implícito-explícito é utilizado. Exemplos numéricos são apresentados ao longo do desenvolvimento desta tese. Inicialmente, exemplos numéricos com uma única fibra são apresentados para validar a técnica desenvolvida e para investigar à influência de suas propriedades geométricas e sua posição em relação a superfície de falha. Posteriormente, são considerados exemplos mais complexos envolvendo uma nuvem de fibras com e sem reforço de armadura convencional. Nestes casos, atenção especial é dada à influência da distribuição das fibras no comportamento do compósito relacionado ao processo de fissuração. Comparações com resultados experimentais demonstram que a aplicação da ferramenta numérica para modelar o comportamento de compósitos cimentícios reforçados com fibras de aço é muito promissora e pode ser utilizada como uma importante ferramenta para melhor entender os efeitos dos diferentes aspectos envolvidos no processo de falha deste material.
- Imprenta:
- Data da defesa: 10.11.2014
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ABNT
BITENCOURT JÚNIOR, Luís Antônio Guimarães. Numerical modeling of failure processes in steel fiber reinforced cementitious materials. 2014. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2014. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-16112015-150922/. Acesso em: 23 abr. 2024. -
APA
Bitencourt Júnior, L. A. G. (2014). Numerical modeling of failure processes in steel fiber reinforced cementitious materials (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-16112015-150922/ -
NLM
Bitencourt Júnior LAG. Numerical modeling of failure processes in steel fiber reinforced cementitious materials [Internet]. 2014 ;[citado 2024 abr. 23 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3144/tde-16112015-150922/ -
Vancouver
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