VIEIRA, W. H. On the study of numerical models applied to multiscale simulation of concrete structures behavior. 2021. 195p. Dissertação

Composites have applications in many industrial segments, where different materials are combined to obtain improved mechanical properties. Thus, the determination of the macroscopic constitutive behavior of composites with accuracy is important to provide the desired properties. In this context, the present work explores a 2D computational homogenization procedure to compute the effective elastic properties of alumina-zirconia composite ceramics. The average-based homogenization theory is used to obtain the homogenized or effective constitutive behavior. The composite is modeled by the concept of Representative Volume Element (RVE), which is numerically simulated with finite elements. Simulations are performed considering the uniform and periodic boundary conditions. The computationally homogenized results for the elasticity modulus are close to the experimental results compared. The boundary condition has a significant influence in the case of the shear modulus. Furthermore, the computational homogenization framework is an interesting tool for designing composites with specific properties.

No abstract

Resumo. O concreto é um material amplamente empregado na indústria da Construção Civil, o que justifica a realização de estudos para entender de forma mais precisa o seu comportamento. Nesse contexto, o presente trabalho trata da determinação do comportamento constitutivo do concreto por meio de uma abordagem baseada em homogeneização computacional. O objetivo principal é avaliar em maiores detalhes o efeito da heterogeneidade do concreto considerando o processo de danificação da matriz na mesoescala do material. Uma etapa importante consiste na implementação do modelo de Mazars, que é baseado em conceitos da Mecânica do Dano Contínuo e permite capturar o processo de microfissuração da matriz. Deste modo, o modelo de Mazars é implementado e validado em um código computacional para análises com elementos finitos. Posteriormente, estuda-se o efeito das heterogeneidades na mesoescala do concreto considerando o conceito de Elemento de Volume Representativo (EVR). O comportamento constitutivo macroscópico ou homogeneizado é obtido através da implementação de um procedimento de homogeneização computacional, em que o EVR é simulado numericamente com elementos finitos. O modelo de dano foi validado e o processo de homogeneização levou a resultados próximos da referência utilizada. Portanto essa abordagem pode ser utilizada para o desenvolvimento e uso de concretos com propriedades inelásticas específicas.