Método das forças para a determinação numérica dos factores de intensidade de tensão

Abstract

Este trabalho apresenta um modelo numérico que permite a obtenção dos Factores de Intensidade de Tensão, para os modos I e II da Mecânica da Fractura Linear Elástica. É feita uma adaptação ao Método das Forças de De Morais, de forma a ser possível o estudo do comportamento de elementos estruturais com fendas, para qualquer malha quadrangular de elementos finitos. Desta forma, é possível prever a propagação arbitrária de fendas e aferir acerca da integridade dos elementos estruturais em análises lineares elásticas e de fadiga. O algoritmo transforma os elementos quadrangulares em elementos triangulares, permitindo assim a determinação das forças nodais para os nós dos elementos finitos que se encontram situados no eixo local da ponta da fenda. As forças ao longo do eixo local resultam do agrupamento das forças internas nodais dos novos elementos triangulares criados. Este método é geral e válido para malhas distorcidas, sendo assim apropriado para algoritmos de propagação arbitrária de fendas.

ABSTRACT: This work presents a numeric model to obtain the Stress Intensity Factors for modes I and II of Fracture Mechanics. An adaptation is done to the Force Method of De Morais, to study the behaviour of structural elements with cracked finite elements meshes. In this way, it is possible to predict arbitrary crack propagation and thus to check the integrity of structural members in linear elastic fatigue analyses. The algorithm splits the quadrilateral elements in triangular elements, allowing the evaluation of nodal forces along the local x-axis. Forces along x-ligaments result automatically from assembling the internal nodal forces of the newly created triangles. The proposed method is general and valid for distorted meshes and is thus appropriate for general arbitrary crack path propagation algorithms.