Apesar de serem intensamente estudados em muitos países que caminham na vanguarda do conhecimento, os métodos sem malha ainda são pouco explorados pelas universidades brasileiras. De modo a gerar uma maior difusão ou, para a maioria, fazer sua introdução, esta dissertação objetiva efetuar o entendimento dos métodos sem malha baseando-se em aplicações atinentes à mecânica dos sólidos. Para tanto, são apresentados os conceitos primários dos métodos sem malha e o seu desenvolvimento histórico desde sua origem no método smooth particle hydrodynamic até o método da partição da unidade, sua forma mais abrangente. Dentro deste contexto, foi investigada detalhadamente a forma mais tradicional dos métodos sem malha: o método de Galerkin sem elementos, e também um método diferenciado: o método de interpolação de ponto. Assim, por meio de aplicações em análises de barras e chapas em estado plano de tensão, são apresentadas as características, virtudes e deficiências desses métodos em comparação aos métodos tradicionais, como o método dos elementos finitos. É realizado ainda um estudo em uma importante área de aplicação dos métodos sem malha, a mecânica da fratura, buscando compreender como é efetuada a representação computacional da trinca, com especialidade, por meio dos critérios de visibilidade e de difração. Utilizando-se esses critérios e os conceitos da mecânica da fratura, é calculado o fator de intensidade de tensão através do conceito da integral J.

Avaliações de integridade estrutural e previsão de falha de componentes contendo trincas são altamente dependentes da precisa determinação de propriedades de tenacidade à fratura (como por exemplo, curvas J-R) e resistência à propagação de trincas por fadiga (como por exemplo, da/dN vs. ?K). Em ambos os casos, tais resultados só podem ser obtidos se estiverem disponíveis metodologias que consigam estimar o tamanho instantâneo da trinca durante o ensaio. A técnica mais comumente utilizada para a obtenção do tamanho instantâneo da trinca é a da flexibilidade elástica no descarregamento, que consiste na medição da flexibilidade momentânea (inverso da rigidez) da amostra quando esta sofre um descarregamento parcial. Assim sendo, este trabalho visa validar experimentalmente soluções de flexibilidade elástica obtidas de simulações refinadas de elementos finitos para geometrias SE(B) e que incorporam efeitos 3D. Para tal, inicialmente é apresentada uma breve revisão do estado da arte no assunto, a importância da medição acurada do comprimento instantâneo da trinca e as limitações atualmente existentes nas formulações de flexibilidade elástica. Frente às limitações identificadas, é apresentada a matriz de análise incluindo ensaios de amostras de variadas geometrias SE(B) fabricadas em aço ASTM A516. Os valores reais de comprimento de entalhe e trinca obtidos experimentalmente das fractografias são então confrontados com os previstos por meio de normas correntes e de simulações numéricas em elementos finitos. As previsões médias das formulações obtidas empregando elementos finitos e incluindo efeitos 3D são mais próximas dos dados reais que as formulações disponíveis nas normas correntes, mas existe superposição dos desvios-padrão. Do ponto de vista de aplicabilidade, houve grande aderência das formulações existentes às amostras enquanto entalhadas, mas foi obtido um expressivo incremento dos erros quando da medição em condição pré-trincada. Os resultados alcançados ampliam o conhecimento sobre a validade e as limitações das soluções numéricas existentes e as recentemente propostas, motivando a continuidade dos estudos.

No contexto da indústria metal-mecânica, há uma grande demanda por métodos para medidas de comportamento de materiais contendo trincas sob condições de operação. Este comportamento é usualmente quantificado por meio de ensaios de tenacidade à fratura utilizando parâmetros como o fator de intensidade de tensões K, o CTOD ou a Integral J. Independente do parâmetro empregado para quantificar a tenacidade à fratura, todos os ensaios exigem o conhecimento do comprimento correto da pré-trinca de fadiga existente na amostra que deu origem à falha. A maioria dos laboratórios emprega métodos de medição visuais por meio de lupa estereoscópica ou projetor de perfil. Técnicas adicionais como aplicação de heat tinting auxiliam o usuário na visualização da frente de crescimento estável de trinca. Com o avanço de técnicas de Processamento de Imagem e Visão Computacional, este trabalho propõe a aplicação de técnicas de detecção de bordas por análise de textura para obtenção do contorno correspondente ao perfil da frente de trinca em corpos de prova SE(B) post-mortem. Resultados sugerem que o método proposto poderia ser aplicado para análise de imagens de ensaios da tenacidade à fratura para medição de comprimentos de trinca com alta precisão, tendo obtido uma taxa de discriminação de superfícies de 98%. Os resultados também sugerem que o método possa ser aplicado em amostras sem a marcação por heat-tinting com o mesmo nível de precisão.

O projeto e a manutenção de estruturas de alto desempenho demandam estudos de integridade estrutural considerando a presença de defeitos (trincas), sendo por isso necessário determinar as propriedades mecânicas de resistência à fadiga e à fratura por meio de ensaios experimentais (p. ex.: curvas J-R ou da/dN vs ?K), sendo tais experimentos altamente dependentes da medição instantânea do tamanho da trinca durante a sua propagação. Essa medição pode se dar empregando métodos elétricos, ópticos ou com base na variação da flexibilidade (inverso da rigidez) em função da variação do tamanho do defeito, sendo esse último método (denominado de flexibilidade elástica no descarregamento) o mais utilizado para tal fim. Nesse cenário, o presente trabalho tem como foco e objetivo validar experimentalmente propostas numéricas recentes de soluções de flexibilidade elástica que descrevem o tamanho instantâneo de uma trinca em corpos de prova de geometria C(T) incorporando efeitos tridimensionais. Para atingir essa meta, corpos de prova de geometria C(T) foram usinados conforme as normas vigentes (ASTM E1820 (2013) e ASTM E647 (2013)) e testados na máquina de ensaio universal MTS 810.25, no CLM-FEI, sendo que após os ensaios os dados obtidos foram convertidos em valores de flexibilidade elástica normalizada (µ) a fim de se determinar o tamanho de trinca (a) com base nos novos equacionamentos propostos e pelas normas correntes. As previsões de tamanho de trinca geradas pelas propostas recentes, assim como pelas normas vigentes, foram comparadas com medições reais da profundidade de trinca nas amostras. Os resultados obtidos com a metodologia empregada mostram a validade dos equacionamentos, tanto das normas correntes quanto de Moreira (2014). Quando testados apenas com entalhe, os resultados permitiram validar os referidos equacionamentos. Quando os espécimes foram pré-trincados, desvios maiores na previsão de tamanho de trinca foram percebidos por conta de fenômenos causados por fechamento de trinca induzido por plasticidade residual. Este cenário, ao mesmo tempo em que valoriza as equações correntes e recentemente propostas, incentiva a continuidade dos estudos de flexibilidade elástica para a compensação dos fenômenos evidenciados.

The search for structural efficiency in the mechanical systems has been strongly used with the purpose of economic optimization and structural safety assurance, mainly. In this sense, the structural efficiency is supported in the prediction of potential failures, that with the advent of the computational tools, situations of structural criticality are previously detected through numerical simulations applied. Studies carried out in recent years have sought to understand the response of materials to the presence of cracks in dissimilar welded joints, but not yet sufficient to fully uncover fracture toughness responses due to the heterogeneity present in these joints. This union type of mechanical components is widely used in the industry worldwide, especially in the oil and gas sector. Thus, fracture toughness evaluations have become current applications in the design and structural integrity analysis of components and mechanical systems. Experimental work presented significant deviations from the test crack in relation to the fatigue pre - crack plane, towards the soft material present in dissimilar welded joints. This work analyzes the behavior of the crack tip zone, from the perspective of fracture mechanics, located in a dissimilar butyl welded joint used to join flanges to pipelines present in the offshore oil production lines investigated by Almeida (2014). The weld joint sample (SE (B)) shows a crack located 1mm from the AISI 8630M-INCONEL 625 interface, which causes high triaxiality in the material. The deviation of the crack in dissimilar welded joints may be related to the stress and strain fields generated in the crack tip vicinity. Numerical results show the behavior of the stress fields and strain fields generated from the imposed loads. Critical stresses zones were observed, evidenced by the numerical tool of finite element method. A preferential plastic flow was also observed in the dissimilar welded joint specimen, which the literature claims to be a harbinger of the crack growth path. Numerical analysis presented significant accuracy in relation to the plastic flow and the crack developed during the tests performed. The results obtained are in agreement with the literature and the experimental study of Almeida (2014).

O método da Integral-J possibilita quantificar a tenacidade à fratura de um material, ou seja, a capacidade de um dado material resistir à propagação de uma trinca sem que haja ruptura. Para isso, se faz necessária a utilização de um caminho fechado ao redor da ponta da trinca e a avaliação dos campos de deformação e tensão do material. Este trabalho de conclusão de curso tem por objetivo a avaliação da Integral-J de linha e Integral-J de área ao redor da ponta de uma trinca em um material hiperelástico, quando este é submetido a um carregamento de modo I de fratura. Busca-se comparar os valores obtidos em cada um dos casos e verificar se são equivalentes, conforme a teoria. Para alcançar tal feito, foi realizado um estudo acerca das propriedades dos materiais elastoméricos e da Integral-J de linha e Integral-J de área. Utilizou-se uma borracha de silicone como material e o método de correlação de imagens digitais foi empregado para obter os campos de deslocamento no corpo de prova ensaiado. Em seguida, através de programas implementados computacionalmente, foram obtidos os dados necessários para estimar o valor da Integral-J, isto é, os campos de deformação e tensão, e a densidade de energia de deformação. Com isso, foi possível concluir que as curvas da Integral-J de linha e de área apresentam comportamentos similares, visto que uma está contida no erro da outra. Também se verificou que, para uma região longe da singularidade, a Integral-J de linha apresenta o mesmo valor independente da trajetória escolhida ao redor da ponta da trinca. Além disso, realizando-se um estudo complementar, mostrou-se que a Integral-J sofre grande influência da tensão normal na direção de propagação da trinca

This paper describes, in detail, the occurrence of an anomaly in the behavior of a large earth- concrete dam, which has been in operation for eleven years in the Northeast region of Brazil. In mid-2014, with the drought-related lowering of the reservoir level, a vertical crack was observed in the concrete of the junction core wall of block number 13 in the spillway. The delay in taking actions to fix the anomaly has allowed the information about the issue to be known by the general public, through press reports, causing great fear to the population of Jaguaribe river valley downstream areas. The institution that owned the dam, DNOCS, hired a specialized technical consulting firm to prepare a diagnostic report and to propose measures to remedy the anomaly. The results of the studies conducted by this consulting firm and the proposed corrective measures are presented in the final section.

Asphaltic mixtures have properties that might change due to factors such as temperature, storage, transportation and design characteristics related to its constituents. This variation may result in pavement distresses such as cracking and excessive wearing, generating problems to drivers and high maintenance costs. From the asphalt mixture’s volumetric characteristics from a test section and field data collected after construction, it was possible to point out steps from the executive process in which the final section variability was also affected by execution problems, not only the ones inherent to the asphalt mixture’s variability. The analyzed data suggest the need to create a quality control process in pavements based on probabilistic parameters to define the variability presented by the material besides performing a verification on the Pay Factor method as a quality management tool.