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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-09032022-084640
Document
Auteur
Nom complet
Tayra Müller Silva Lopes
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2020
Directeur
Jury
Celestino, Tarcisio Barreto (Président)
Gonzatti, Clovis
Nader, José Jorge
Titre en portugais
Análise da influência das condições de contorno na determinação dos parâmetros elásticos e da tenacidade de rochas no ensaio brasileiro
Mots-clés en portugais
Ensaio brasileiro
Fenômeno do contato
Método dos elementos de contorno
Método dos elementos finitos
Resistência à tração
Tenacidade
Resumé en portugais
O ensaio de compressão diametral é largamente utilizado para a avaliação indireta da resistência à tração de materiais frágeis ou quase frágeis. Contudo, a influência das condições de contorno do ensaio sobre as respostas mecânicas não é ainda muito bem compreendida. Além da influência das condições de contorno, a determinação dos parâmetros elásticos e da tenacidade a partir do ensaio brasileiro ainda não é completamente estabelecida na literatura. Apesar de soluções analíticas serem utilizadas na modelagem do problema, essa abordagem não representa de forma precisa as condições de contorno. Dessa forma, a solução robusta do problema requer a utilização de métodos numéricos. Nesse contexto, este trabalho apresenta a análise da influência das condições de contorno na distribuição das tensões de tração no ensaio de compressão diametral. Enquanto muitas soluções analíticas assumem o estado plano de deformação, a Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas (ISRM) sugere diferentes espessuras de corpo de prova e mandíbula. São consideradas diferentes espessuras da mandíbula de aplicação de carga em relação à espessura do corpo de prova, distintas representações do fenômeno do contato, variados coeficientes de atrito, diferentes métodos numéricos e distintas restrições de deslocamento. Os resultados permitem concluir que a distribuição de tensão não é fortemente alterada pelas diversas hipóteses de modelagem das condições de contorno. Contudo, a adoção de espessuras iguais para a mandíbula e para o corpo de prova foi efetiva para a redução da concentração de tensão existente na região do contato entre o corpo de prova e a mandíbula. Quanto à determinação dos parâmetros elásticos, o método sugerido por Celestino e Bortolucci (1998) foi validado por soluções analíticas. Igualmente, o método para determinação da tenacidade sugerido por Celestino e Bortolucci (1992) foi validado por solução analítica e pelos métodos numéricos utilizados no presente estudo.
Titre en anglais
The influence of boundary conditions on the determination of elastic constants and fracture toughness from diametral compression tests in rock
Mots-clés en anglais
Boundary element method
Brazilian test
Contact mechanics
Finite element method
Indirect tensile strength
Toughness
Resumé en anglais
The diametral compression test is widely used to obtain an indirect measure of the tensile strength of brittle or quasi-brittle materials. However, the influence of its boundary conditions on mechanical responses is not completely understood. Although analytical solutions describe the problem, they involve assumptions that not necessarily represent the real boundary conditions. Hence, robust solution to the problem requires numerical methods. In this context, this study analyses the influence of boundary conditions on the tensile stress distribution of the diametral compression test. While most analytical solutions assume plane strain conditions, the International Society for Rock Mechanics (ISRM) suggests different thicknesses for the specimen and loading jaws. Three-dimensional analyses with different ratios between jaw and specimen thicknesses are presented herein as well as different representations of the contact phenomenon, several friction coefficients, two numerical methods and different displacement restrictions. The results demonstrate that the stress distribution is not strongly modified by various modelling hypotheses of the boundary conditions. However, equal thickness for jaw and specimens is effective in reducing the stress concentration in the contact region. This contributes to decrease the scatter of test results. Concerning the elastic parameters determination, the method suggested by Celestino and Bortolucci (1998) was validated by analytical solutions. Similarly, the method for the toughness determination suggested by Celestino and Bortolucci (1992) was validated by the numerical methods used in the present study and by analytical solution.
 
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Date de Publication
2022-03-11
 
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