Ferramentas numéricas para análise de estruturas considerando materiais avançados

Resumo

O desenvolvimento de novos materiais é uma atividade muito importante para a busca de novas soluções de engenharia de estruturas. Com o advento de novas técnicas de manufatura algumas classes de materiais podem ser projetadas como, por exemplo, os metamateriais, para os quais a combinação de diversos materiais na constituição de sua macro (ou micro) estrutura os leva a apresentar propriedades diferentes daquelas encontradas em materiais da natureza. Não só os metamateriais, muito em voga na atualidade, são resultados da combinação de materiais diferentes, mas, também, todos os materiais ditos compósitos. Tanto para o projeto de novos materiais, como para o entendimento adequado do comportamento de materiais compósitos, a existência de modelos físico-matemáticos e métodos numéricos dedicados são imprescindíveis. No mesmo sentido, uma boa modelagem das estruturas civis, mecânicas, aeronáuticas, navais, etc. deve ser sempre atualizada e incrementada, uma vez que novas estruturas deverão ser projetadas com novos materiais e estruturas antigas deverão ser alvo de reforços ou demolições. Esse projeto de pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de métodos numéricos para o projeto e a análise mecânica de materiais complexos (artificiais ou não), bem como de estruturas em situação crítica de colapso progressivo (intencional ou não). Nesse sentido, a modelagem apropriada dos materiais constituintes e da combinação entre os mesmos, bem como a simulação de estruturas em regime pós-crítico fazem parte dos desafios científicos e tecnológicos do projeto. Um desafio científico bem destacado desse projeto é a proposta e validação de modelo constitutivo único para a modelagem de sólidos (em regime elástico ou plástico) e fluidos viscosos, newtonianos ou não, em uma versão lagrangiana, que facilite o acoplamento multifásico dos materiais. Outra contribuição inovadora é a introdução de dispositivos numéricos de conexão entre partes de estruturas compostas por elementos estruturais de parede fina, possibilitando a análise concomitante dos comportamentos pós-críticos globais e locais de estruturas constituídas por esse tipo de elemento. Uma terceira contribuição desse projeto é a introdução de dois graus de liberdade de enriquecimento cinemático para uma precisa representação de tensões de cisalhamento em elementos de casca laminados ortorópicos simétricos ou não. O financiamento desse projeto também possibilita a continuidade das pesquisas e validação de modelos constitutivos específicos para a análise de materiais compostos por fibras e partículas imersas em matriz cimentícia, em desenvolvimento no grupo desde 2010. De forma geral, o desafio tecnológico associado à modelagem de materiais compostos e estruturas complexas é o desenvolvimento de procedimentos numéricos de acoplamentos entre os componentes materiais como o contato, a inclusão ou a geração de 'camadas limite' de materiais, incluindo-se a paralelização de diversos procedimentos computacionais, novos ou existentes. (AU)