Estratégia global local pelo método dos elementos finitos generalizados para simulação de falha estrutural com modelo de dano contínuo

Abstract

Esta pesquisa teve como objetivo apresentar uma estratégia de simulação global local com o método dos elementos finitos generalizados (MEFGg-l) para modelos de mecânica de dano contínuo não linear em domínios bidimensionais. O problema global é a escala da estrutura, que é discretizada com malhas relativamente grosseiras, enquanto o problema local é um subdomínio de interesse do problema global, onde malhas refinadas podem ser utilizadas. O método proposto empregou a solução convergida do problema local não linear como funções de enriquecimento para o problema global que está na escala da estrutura e considerado linear sem solucionador iterativo. O MEFGg-l foi formulado e implementado levando em consideração diferentes membros estruturais: bloco uniaxial, viga sob três pontos, viga compósita heterogênea (matriz e inclusões), bloco com duplo entalhe, barragem de concreto e fêmur humano. A estratégia foi validada e analisada por meio de ensaios experimentais em testes monotônicos e resultados numéricos com propagação de trinca em condições de modo I e modo misto de fratura de materiais quase-frágeis. O método tem a capacidade de transferir os efeitos cinemáticos e a variável de estado de dano que ocorre em uma escala local para predizer com precisão o comportamento estrutural sob processo de dano na escala da estrutura, o que garante soluções precisas mesmo com malhas grosseiras. A estratégia leva o método a processar menos graus de liberdade totais com número reduzido de iterações necessárias para convergir em cada etapa de carregamento. Os resultados mostram a eficiência, precisão e robustez do procedimento proposto em relação à análise de elementos finitos e elementos finitos generalizados convencional.