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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-11112022-162714
Document
Author
Full name
Sergiomar Israel do Nascimento Filho
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Carrazedo, Rogério (President)
Arndt, Marcos
Nogueira, Caio Gorla
Title in Portuguese
Análise comparativa entre modelos de dano aplicáveis a estruturas de concreto com uso do MEF-Posicional
Keywords in Portuguese
Concreto
Mecânica computacional
Mecânica do Dano
Método dos Elementos Finitos
Abstract in Portuguese
A Mecânica do Dano Contínuo se apresenta como uma importante ferramenta na previsão de respostas não-lineares dos materiais frágeis e quase-frágeis submetidos a carregamentos, através do estudo do comportamento das estruturas a partir do estado de microfissuração observado em média escala. O presente trabalho se propõe a comparar o desempenho dos modelos de dano de Mazars (1984) e Kurumatani et al. (2016) aplicados a estruturas de concreto, no que diz respeito à sensibilidade de seus parâmetros e ao grau de discretização da malha. São analisadas estruturas planas bidimensionais com o uso do Método dos Elementos Finitos Posicional (MEF-Posicional), que levam em consideração naturalmente os efeitos de Não-Linearidade Geométrica (NLG). Para o concreto, são utilizados elementos de chapa de interpolação cúbica e para o aço são utilizados elementos de treliça. A aderência entre os dois materiais é simulada através do método de embutimento fibra-matriz, que possui como vantagem não acrescentar graus de liberdade ao problema. Foram simulados seis exemplos no total: dois para validar os elementos de chapa e de treliça com a formulação do MEF-Posicional, e quatro exemplos de vigas em concreto armado em que as análises e comparações dos modelos de dano são realizadas. A partir das análises, foi possível concluir que o modelo de Mazars (1984) apresentou melhor desempenho dentre os exemplos utilizados, e que o modelo de Kurumatani et al. (2016) possui a vantagem de utilizar parâmetros de interpretação física direta, no entanto possui o parâmetro de comprimento característico dependente da malha de elementos finitos.
Title in English
Comparative analysis between damage models applicable to concrete structures using Positional-FEM
Keywords in English
Computacional mechanics
Concrete
Damage Mechanics
Finite Elements Method
Abstract in English
The Continuous Damage Mechanics is presented as an important tool in the prediction of non- linear responses of brittle and quasi-brittle materials subjected to loads, through the study of the behavior of structures from the microcracking state observed on a mesoscale. The present work proposes to compare the performance of the damage models of Mazars (1984) and Kurumatani et al. (2016) applied to concrete structures, with regard to the sensitivity of their parameters and the degree of discretization of the mesh. Two-dimensional plane structures are analyzed using the Positional Finite Element Method (Positional-FEM), which naturally takes into account the effects of Geometric Non-Linearity (GNL). For concrete, cubic interpolation plate elements are used and for steel truss elements are used. The adhesion between the two materials is simulated using the fiber-matrix embedding method, which has the advantage of not adding degrees of freedom to the problem. Six examples were simulated in total: two to validate the plate and truss elements with the Positional-FEM formulation, and four examples of reinforced concrete beams in which the analyzes and comparisons of the damage models are performed. Based on the analyses, it was possible to conclude that the model by Mazars (1984) presented the best performance among the examples used, and that the model by Kurumatani et al. (2016) has the advantage of using parameters of direct physical interpretation, however it has the characteristic length parameter dependent on the finite element mesh.
 
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Publishing Date
2023-02-01
 
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