Resistência à compressão axial do concreto com diferentes direções de carregamento e condições de contorno

Neste trabalho foi analisado experimentalmente a resistência à compressão axial, em corpos de prova cúbicos com 10 cm de lado, de três traços de concreto com resistências característica das classes de 30 MPa, 50 MPa e 65 MPa. No momento dos ensaios, os corpos de prova cúbicos foram carregados na mesma direção da moldagem, carregamento na direção do lançamento, ou foram girados 90º para caracterizar o carregamento normal à direção do lançamento. Assim, a direção de aplicação da carga de compressão para a análise da resistência à compressão foi realizada na direção paralela e perpendicular ao lançamento do concreto nos moldes. Também, foi analisado o modo de fratura das amostras quando modificadas as condições de contorno na execução dos ensaios de compressão axial. Na primeira condição de contorno foi usado graxa entre os corpos de prova e os pratos da máquina de ensaios para minimizar o atrito entre eles. Na segunda configuração, placas de aço de 3 mm de espessura foram coladas nas faces dos corpos de prova maximizando assim o atrito. Dentre as principais conclusões, percebe-se a variação da resistência de acordo com a direção do carregamento. Para o concreto de 50 MPa, quando aplicado o carregamento paralelo ao lançamento do concreto, as resistências à compressão foram, em média, 16% superiores comparado ao carregamento aplicado perpendicular ao lançamento. Em relação às condições de contorno, verifica-se que, quando os corpos de prova estão com suas faces restringidas, há um acréscimo significativo de resistência à compressão devido ao confinamento, independentemente da classe de concreto analisado. É possível verificar uma potencial contribuição ao desenvolvimento de projetos de concreto armado e análise estrutural desse material no ramo da construção civil. Palavras-chave: resistência à compressão axial; zonas de transição; anisotropia; restrição de apoio; concreto

Long-range correlations and natural time series analyses from acoustic emission signals

This work focuses on analyzing acoustic emission (AE) signals as a means to predict failure in structures. There are two main approaches that are considered: (i) long-range correlation analysis using both the Hurst (H) and the detrended fluctuation analysis (DFA) exponents, and (ii) natural time domain (NT) analysis. These methodologies are applied to the data that were collected from two application examples: a glass fiber-reinforced polymeric plate and a spaghetti bridge model, where both structures were subjected to increasing loads until collapse. A traditional (AE) signal analysis was also performed to reference the study of the other methods. The results indicate that the proposed methods yield reliable indication of failure in the studied structures

Aplicação do Método dos Elementos Discretos formado por barras no estudo do colapso de estruturas

No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas.This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through

Aplicação do Método dos Elementos Discretos formado por barras no estudo do colapso de estruturas

No presente trabalho é apresentada uma versão do Método dos Elementos Discretos formado por barras (DEM) no estudo do colapso de estruturas. O Método dos Elementos Discretos foi introduzido, especialmente, para a simulação numérica de problemas de dano e fratura. Esse método tem habilidade natural para introduzir descontinuidades de uma maneira muito direta e intuitiva. Além disso, métodos discretos oferecem uma estrutura conveniente para dar conta da desordem da microestrutura do material por meio de modelos estatísticos. A versão do DEM utilizada neste trabalho consiste na discretização do contínuo em barras que formam uma treliça espacial regular, onde massas equivalentes são concentradas nos nós, e as rigidezes das barras são equivalentes ao contínuo que tentam representar. Leis uniaxiais de dano permitem modelar fratura e dano anisotrópico com relativa facilidade. Esta versão foi amplamente testada em diversos campos da Engenharia, entre eles, problemas dinâmicos, de impacto, geração e propagação de sismos, estudo de efeito de escala em rochas e concreto, análise da microestrutura de materiais. Este trabalho apresenta dois grandes temas, nos quais foram realizadas implementações no DEM que aumentam sua aplicabilidade. Também são implementadas modificações nas leis constitutivas antes utilizadas, e apresentadas, também, novas leis para dar flexibilidade na calibração dos modelos. São comparados os resultados utilizando as diversas leis na análise do efeito de escala de placas submetidas à tração. Também são analisados os resultados obtidos sob a óptica da teoria de escala multifractal. Neste campo, encontram-se respostas muito interessantes que explicam os mecanismos de fratura, assim como dão uma noção de que alterações deveriam ser realizadas no DEM para conseguir que o método fique completamente objetivo em relação à escala. Nesse processo, estudam-se diferentes formas de obter as dimensões fractais de placas de rocha submetidas à tração e é analisada a influência de alguns dos parâmetros do DEM, além da relação constitutiva utilizada. Finalmente, o DEM é introduzido dentro do sistema comercial Abaqus, com objetivo de resolver problemas com grande quantidade de graus de liberdade ou com as condições de contorno ou de carregamento muito complexos. Apresentam-se exemplos de validação e exemplos de aplicação que mostram as vantagens das inovações realizadas.This paper presents a version of the Truss-like Discrete Element Method in the study of the collapse of structures. The discrete element method was introduced especially for numerical simulation of fracture and damage problems. This method has the natural ability to introduce discontinuities in a very direct and intuitive way. Moreover, discrete methods offer a convenient framework to account for the disorder of the material microstructure by means of statistical models. The truss-like Discrete Element Method (DEM) used in this work represents the continuum by means of a periodic spatial arrangement of bars with the masses lumped at their ends. The rigidity of the bars is equivalent to the continuum to trying to represent. Uniaxial damage Laws allow model fracture and anisotropic damage with relative ease. This version was widely tested in various engineering fields including: dynamics problems, impact, generation and propagation of earthquakes, study of scale effect in rock and concrete analysis of the microstructure of materials. This work presents two major issues in witch were performed DEM implementations that increase its applicability. To obtain a better description of the model modifications in the constitutive laws are implemented and new ones are presented. The scale effect results of plates of rock subjected to traction obtained to different laws are compared. These obtained results are examined under the Multifractal scaling law theory. In this field, very interesting answers that explain the mechanisms of fracture are found. They gives some notions of which changes should be made in DEM to obtain a fully scale objective method. In the process, different ways to obtain the fractal dimension of rock plates subjected to traction are studied. The influence of some DEM parameter and constitutive laws are also analyzed. Finally, the DEM has been implemented within the commercial system ABAQUS to solve problems with a large number of degrees of freedom or very complex contour or loading conditions. Presents examples of validation and application that show the benefits of innovations through

A lattice discrete element method to model the falling-weight impact test of PMMA specimens

Fil: Kosteski, Luis Eduardo. Universidade Federal do Pampa. Engenharia Mecánica; Brasil.Fil: Iturrióz, Ignacio. Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Brasil.Fil: Cisilino, Adrián Pablo. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina.Fil: Barrios D’Ambra, Ricardo José Luis. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ingeniería; Argentina.Fil: Pettarin, Valeria. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina.Fil: Fasce, Laura. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina.Fil: Frontini, Patricia. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentina.It is introduced in this paper a Lattice Discrete Element Method (LDEM) for modelling the falling- weight test of polymethyl-methacrylate (PMMA) specimens. The method exploits the inherent characteristics of discrete methods to model crack initiation and propagation by simply breaking the links between their discrete components. It results in a flexible modelling tool that is implemented using Abaqus/Explicit. Numerical results are validated by comparison with experimental tests. The results are compared in terms of the time evolution of the striker force and velocity and the specimen crack patterns. The LDEM simu- lations are, in every case, of predictive nature. Material properties are neither left open for calibration nor used to adjust the numerical results. There is a good agreement between experimental and numer- ical results. It is shown that the proposed LDEM has the capability to capture all the main features of the sequence of events that occur during the experiment: the elastic specimen loading prior to the crack initiation, the nucleation and propagation of radial cracks as the test progresses, and the final failure after the rapid propagation of a circular crack that joins the radial cracks together. The effects of the variabil- ity of the material fracture toughness on the test results are studied using a series of models with random distribution of the fracture energy

Stress intensity factor computation using the discrete element method

El cálculo de parámetros fractomecánicos utilizando métodos numéricos computa-cionales es siempre un área activa de investigación. Tradicionalmente esta tarea se realiza utilizando modelos de Elementos Finitos o Elementos de Contorno. Por su parte el Método de los Elementos Discretos (MED) es una herramienta simple y rela-tivamente sencilla de uso extendido en el campo de la Ingeniería Civil y la Ingeniería de Suelos. El éxito del DEM para modelar mecanismos de falla en estos campos y la habilidad del método para modelar la nucleación de defectos motiva su aplicaci-ón a problemas de mecánica de fractura. Es así que se presenta en este trabajo la aplicación del DEM para el cálculo de parámetros fractomecánicos en el campo de la Mecánica de Fractura Lineal Elástica (MFLE) y el modelado de la propagación ines-table de fisuras. La comparación de los resultados obtenidos con los reportados en la bibliografía para un caso de validación y una aplicación a la interacción fisura-arreglo de agujeros demuestra la capacidad del MED para abordar este tipo de análisis