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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
ENGENHARIA MECÂNICA (42002010165P8)
ANÁLISE NUMÉRICA MULTIESCALA DE MEIOS POROSOS ELASTO-PLÁSTICOS USANDO O MÉTODO FE² DIRETO
EDUARDO TURRA MOOS
DISSERTAÇÃO
18/10/2024

Materiais porosos, especialmente os provenientes de manufatura aditiva, têm ganhado destaque pela sua capacidade de oferecer estruturas leves, personalizadas e com propriedades otimizadas. No entanto, as heterogeneidades microestruturais, como vazios e inclusões, representam um desafio significativo na previsão precisa de seu comportamento mecânico, sobretudo em aplicações que envolvem carregamentos cíclicos ou exigem alta confiabilidade estrutural. Nesse cenário, métodos numéricos multiescala, como o FE² direto, se destacam por permitir a análise detalhada das interações entre as escalas micro e macroestrutural, mantendo um equilíbrio entre precisão e eficiência computacional. Neste trabalho, utilizou-se o método FE² direto para analisar materiais porosos elasto-plásticos com vazios cilíndricos, considerando frações volumétricas de poros variando entre 1% e 10%. Foram investigados três casos distintos de carregamento: tração simples, cisalhamento simples e flexão de uma viga engastada. A comparação com simulações numéricas diretas (DNS), onde as heterogeneidades são modeladas integralmente em uma única escala, revelou que o método FE² direto apresenta uma precisão elevada, com discrepâncias inferiores a 2% para curvas de força versus deslocamento e campos de tensões equivalentes. Além disso, o FE² direto demonstrou uma redução significativa no custo computacional, utilizando apenas cerca de 50% do tempo de processamento requerido pelas DNS. A vantagem computacional significativa do FE² direto, que utiliza uma fração do tempo computacional necessário para a DNS, faz dele uma opção atraente para simulações multiescala de materiais porosos elasto-plásticos, oferecendo precisão, eficiência e robustez.

Materiais porosos;Materiais elasto-plásticos;Análise multiescala;Método FE² direto
Porous materials, especially those produced through additive manufacturing, have gained prominence due to their ability to offer lightweight, customized structures with optimized properties. However, microstructural heterogeneities, such as voids and inclusions, pose a significant challenge in accurately predicting their mechanical behavior, particularly in applications involving cyclic loading or requiring high structural reliability. In this context, multiscale numerical methods, such as the direct FE² method, stand out by enabling detailed analysis of interactions between micro and macro scales, maintaining a balance between precision and computational efficiency. In this study, the direct FE² method was used to analyze elastoplastic porous materials with cylindrical voids, considering void volume fractions ranging from 1% to 10%. Three distinct loading cases were investigated: simple tension, simple shear, and cantilever beam bending. Comparison with direct numerical simulations (DNS), where heterogeneities are fully modeled at a single scale, revealed that the direct FE² method exhibits high accuracy, with discrepancies below 2% for force-displacement curves and equivalent stress fields. Furthermore, the direct FE² method demonstrated a significant reduction in computational cost, requiring only about 50% of the processing time needed for DNS. The substantial computational advantage of the direct FE² method, which uses a fraction of the computational time required for DNS, makes it an attractive option for multiscale simulations of elastoplastic porous materials, offering precision, efficiency, and robustness.
Porous materials;Elastic-plastic materials;Multi-scale analysis;Direct FE2 method
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64
PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
O trabalho possui divulgação autorizada
EDUARDO TURRA MOOS.pdf

Contexto

PROJETO E ANÁLISE DE SISTEMAS MECÂNICOS
DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS E PROCESSOS SUSTENTÁVEIS
Manufatura aditiva de compósitos de matriz metálica reforçados com grafeno: produção, caracterização e modelagem constitutiva

Banca Examinadora

TIAGO DOS SANTOS
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
LUIS FERNANDO NICOLINI Participante Externo
RAFAEL LUCIANO DALCIN Participante Externo
TIAGO DOS SANTOS Docente - PERMANENTE

Vínculo

CLT
Empresa Privada
Empresas
Sim
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