Andres F. Galvis

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CCES Newsletter  - Junho de 2019http://cces.unicamp.br/newsletterModelagem Multiescala de Falha Dinâmica em Materiais MetálicosAndres F. GalvisFaculdade de Engenharia Mecânica e Centro de Computação em Engenharia e CiênciasUniversidade de CampinasOs materiais metálicos têm sido amplamente estudados devido ao seu importante papelem vários  campos da  indústria.  Por  esta  razão,  as  pesquisas  têm concentrado  seusesforços em entender uma questão inicial: como estes materiais falham? No começo, asteorias  de  falha,  como  dano  ou  mecânica  de  fratura,  foram  propostas  utilizandoabordagens matemáticas suportadas por observações experimentais. Estas abordagenspermitiam  prever  a  falha  de  elementos  mecânicos  sob  determinadas  condições  deutilização. Porém, estas teorias não eram suficientes para quantificar o enfraquecimentodos  componentes,  já  que  muitos  efeitos  físicos  não  eram  analisados.  Portanto,  alimitação  era  claramente  causada  pela  falta  de  procedimentos  de  validação  maissofisticadas.Metais em microescala: estrutura policristalina e suas interfacesOs novos avanços industriais  e o surgimento de campos de estudo mais complexos,como a nanotecnologia, nos deram uma resposta para justificar o motivo pelo qual énecessário  melhorar  a  confiança  das  teorias  de  falha.  Tais  avanços  possibilitaram onascimento  da  análise  conhecida  como  multiescala.  Imagine  que,  se  no  passadométodos básicos foram bem-sucedidos com a falta de algumas considerações físicas,DOI: 10.5281/zenodo.2651175________________________O Centro de Computação em Engenharia e Ciências da Universidade de Campinas (UNICAMP) é dedicado ao desenvolvimento e aplicação de métodos avançados de modelagem computacional para a solução de diversos problemas na fronteira do conhecimento em ciências e engenharia que requerem computação de alto desempenho. http://cces.unicamp.brO centro é financiado pela Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP Projeto 2013/08293-7Coordenador: Prof. Dr. Munir S. SkafEdição: Prof. Dr. Leandro MartínezCCES Newsletter  - Junho de 2019http://cces.unicamp.br/newsletteragora efeitos mais realistas poderiam ser considerados no mesmo problema devido àinclusão de uma nova pequena escala (a própria microestrutura do material) em pontosespecíficos onde o elemento mecânico pode falhar.Por que esse nível de detalhe é importante? Isso nos ajuda a entender melhor como ofenômeno da falha ocorre nestes materiais. Um conceito simples e lógico que podemoscitar aqui é: enquanto a escala é reduzida, a configuração do material  torna-se maiscaótica, sendo muito difícil aplicá-la em um modelo computacional. Para esclarecer esteconceito,  considere  um  determinado  elemento  mecânico  que  deve  realizar  algumatarefa, pontos críticos aparecerão em vários estágios e, com modelagem multiescala,poderíamos analisar cada um deles internamente para descobrir  com precisão a realcausa da falha. Este procedimento poderia nos levar a uma otimização do elemento deacordo com sua funcão.Os pesquisadores do CCES têm buscando o desenvolvimento de um modelo multiescalapara tratar falhas em diferentes níveis, desde a macro até nanoescala. Como ilustrado nafigura, os modelos da micro e nanoescalas fornecem informações relevantes em termosde comportamento e possíveis regiões de falha. Neste tipo de abordagem, precisa-seselecionar métodos numéricos adequados para reproduzir artificialmente os materiais.Levando em conta a extensa experiência do grupo de pesquisa do Prof. Paulo Sollero namodelagem  materiais  heterogêneos,  uma  nova  estrutura  multiescala  foi  propostautilizando, pela primeira vez, associação entre o método dos elementos de contorno edinâmica molecular.Juntos, os dois métodos numéricos conseguem modelar apropriadamente as três escalas.A  dinâmica  molecular  fornece  dados  para  quantificar  a  falha  na  nanoescala,  que  éaplicada diretamente microescala. Assim, a propagação da falha entre os grãos se dáproduzindo um enfraquecimento na macroescala. Pode-se perceber o aumento no nívelde  detalhamento,  principalmente  na  construção  das  interfaces.  Os  resultados  finaisforam parcialmente publicados em revistas internacionais e apresentados em uma tesede doutorado.  O  grupo  de  pesquisa  do  Prof.  Paulo  Sollero  na  Faculdade  de  Engenharia  Mecânica  -Unicamp, simula condições de falha usando o método de elementos de contorno empolicristalinos,  compósitos  e  estruturas  ósseas  aplicando  várias  abordagens,  comodinâmica  molecular  ou  métodos  quase-contínuos,  de  acordo  com o  problema  físico.Essas  análises  são  possíveis  empregando  ferramentas  computacionais  de  altodesempenho.Artigos científicos:Andres F.  Galvis.  Multiscale Modeling of Dynamic Failure in 3D PolycrystallineMaterials  using  BEM  and  MD,  Ph.D.  thesis,  School  of  Mechanical  Engineering,University of Campinas (2019).Andres  F.  Galvis.,  Rene  Q.  Rodríguez.,  Paulo  Sollero.  Dynamic  analysis  of  three-dimensional polycrystalline materials using BEM. Computers & Structures 200, pp.11-20, 2018.CCES Newsletter  - Junho de 2019http://cces.unicamp.br/newsletterAndres F. Galvis., Rene Q. Rodríguez., Paulo Sollero.  Analysis of three-dimensionalhexagonal  and  cubic  polycrystals  using  the  boundary  element  method.Mechanics of Materials 117, pp. 58-72, 2018.Alvarez, J.E., Galvis, A.F., Sollero, P.  Multiscale dynamic transition of 2D metallicmaterials using the boundary element method. Computational Meterials  Science155, pp. 383-392, 2018.Rodríguez,  R.Q.,  Galvis,  A.F.,  Sollero,  P.,  Tan,  C.L.  and Albuquerque,  E.L.  Transientdynamic analysis of generally anisotropic materials using the boundary elementmethod. Acta Mechanica 229(4), pp. 1893–1910, 2018.Galvis, A.F., Sollero, P. 2D Analysis of Intergranular Dynamic Crack Propagation inPolycrystalline Materials a Multiscale Cohesive Zone Model and Dual ReciprocityBoundary Elements. Computers & Structures 164, pp. 1-14, 2016.

Modelagem Multiescala de Falha Dinâmica em Materiais Metálicos

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