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Título: Modelagem do comportamento e fraturamento de rochas em compressão triaxial usando modelo de mecanismo de dano
Outros títulos: Behavior and frature simulation of rocks in triaxial compression using the damage mechanism method
Autor(es): Valderrama, Jair Ochoa
Orientador(es): Assis, André Pacheco de
Assunto: Mecânica do dano
Mecânica de rochas
Mecânica do dano contínuo
Modelagem numérica
Data de publicação: 14-Fev-2019
Referência: VALDERRAMA, Jair Ochoa. Modelagem do comportamento e fraturamento de rochas em compressão triaxial usando modelo de mecanismo de dano. 2018. xxiii, 115 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: Um dos principais tópicos de pesquisa em mecânica de materiais tem que ver com o entendimento do processo de geração, crescimento e coalescência das fraturas no interior de um material submetido a diferentes perturbações externas, destacando-se o carregamento mecânico, as variações térmicas e as reações químicas. Com este objetivo em mente têm sido desenvolvidos vários modelos que tentam explicar o fenómeno de degradação e ruptura dos materiais a partir da teoria da Mecânica do Dano Contínuo (MDC), a qual permite representar a danificação do material a traves de uma variável interna de dano, que pode ser de tipo escalar, vectorial ou tensorial. Com base nesta teoria foi formulado o modelo fenomenológico de Mecanismo de Dano desenvolvido por Hooputra et al. no 2004 para materiais metálicos, que usa uma variável escalar de dano, sendo a ideia principal deste trabalho aplicar-lhe à modelagem do processo de ruptura das rochas submetidas a estados de carregamento de compressão uniaxial e triaxial, usando o programa ABAQUS®. Com o objetivo de definir o alcance do modelo de dano, foram simulados vários ensaios tentando reproduzir o comportamento de dois tipos de rochas: um Arenito e um Granito, analisando duas incógnitas principais, a primeira é o nível de tensão a partir do qual inicia o dano, sendo avaliada a tensão de dano por fraturas e a tensão pico, e a segunda abrange o critério que permite conseguir o inicio do dano, tendo igualmente duas opções, o critério cisalhante ou o dúctil. Além disso, foram analisados os efeitos de vários parâmetros do modelo nas curvas tensão-deformação e nas superfícies de ruptura conseguidas. Os resultados obtidos mostram que ambos os critérios conseguem o mesmo desempenho no ajuste do comportamento das duas rochas analisadas, não obstante, o critério dúctil precisa de um parâmetro menos. Por outra parte o ponto de inicio do dano pode ser assumido em qualquer nível de tensão prévio à resistência máxima do material, o inicio da degradação na tensão de dano por fraturas é conceitualmente mais congruente com o comportamento das rochas submetidas a estados de compressão.
Abstract: One of the main research topics in material mechanics has to do with the understanding of the process of generation, growth and coalescence of fractures within a material subjected to different external perturbations, especially mechanical loading, thermal variations and chemical reactions. With this objective in mind, several models have been developed that attempt to explain the phenomenon of material degradation and rupture from the theory of Continuous Damage Mechanics (CDM), which allows to represent the damage of the material through an internal damage variable, which can be a scalar, a vectorial or a tensorial type. Based on this theory was formulated the phenomenological model of the Damage Mechanism developed by Hooputra et al. in 2004 for metallic materials, which uses a scalar damage variable; the main idea of this work is to apply this model to the representation of the process of rupture in rocks subjected to uniaxial and triaxial compression loading states, using the ABAQUS® program. In order to define the extent of the damage model, several tests were simulated to reproduce the behavior of two types of rocks: a Sandstone and a Granite, analyzing two main unknowns, the first is the tension level from which the damage begins, being the fracture damage stress or the peak stress, and the second one covers the criterion that allows to start the damage, also having two options, the shear criterion or the ductile criterion. In addition, the effects of various model parameters on stress-strain curves and rupture surfaces were analyzed. The results show that both criteria achieve the same performance in the adjustment of the behavior of the two rocks, nevertheless, the ductile criterion needs a less parameter. On the other hand, the starting point of the damage can be assumed at any stress level prior to the maximum strength of the material, the beginning of the degradation in the fracture damage stress is conceptually more congruent with the behavior of the rocks subjected to compression states.
Informações adicionais: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018.
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