Ferramenta computacional para geração e análise de microestruturas via elementos finitos (2023)
- Authors:
- Autor USP: MARTINS, ELIARDO GABRIEL REZENDE - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SAA
- Subjects: MATERIAIS COMPÓSITOS; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; COMPUTAÇÃO GRÁFICA
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: Os materiais heterogêneos e celulares são usados em aplicações de engenharia que exigem materiais com especificações específicas e conflitantes: com ductilidade e resistência, capaz de resistir a corrosão em altas temperaturas, de baixo peso com baixa condutividade térmica, capacidade de suportar grandes deformações ou absorção de energia de impacto. O comportamento mecânico macroscópico de materiais é uma consequência da microestrutura do material e de seus mecanismos de deformação intrínsecos. As ferramentas numéricas são úteis para prever o comportamento mecânico macroscópico dos materiais a partir de sua microestrutura. Em particular, as simulações de elementos finitos podem ser realizadas no volume elementar representativo (RVE) para estimar suas propriedades mecânicas efetivas. Nesse contexto, o presente trabalho visa o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para prever e analisar o comportamento mecânico macroscópico de materiais heterogêneos e sólidos celulares por meio da análise de elementos finitos de RVEs aleatórios. A ferramenta computacional em Python consta de três módulos: criação do RVE; criação do modelo de elementos finitos; e identificação do comportamento mecânico macroscópico. Primeiro, um algoritmo de geração da geometria foi desenvolvido em Python que permite replicar a microestrutura de materiais heterogêneos e celulares baseados no diagrama de Voronoi. O RVE criado é periódico em relação à geometria e à malha, e é importado para o pacote de elementos finitos Abaqus para análise. Em segundo lugar, a ferramenta identifica os nós correspondentes opostos e aplica as condições de contorno periódicas, com os componentes de deformação macroscópica podendo ser aplicados por meio de dois pontos de referência. Em seguida, é usada uma interação de autocontato com contato rígido e nenhum comportamento de atrito. Por fim, os componentes macroscópicos do tensor detensão e deformação são obtidos por meio da integração do domínio RVE. A ferramenta é, então, aplicada em alguns estudos de caso bidimensional e tridimensional, para vários estados de deformação e com diferentes características de microestrutura para comparar os modelos desenvolvidos pela ferramenta com os resultados da literatura.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2023
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ABNT
MARTINS, Eliardo Gabriel Rezende. Ferramenta computacional para geração e análise de microestruturas via elementos finitos. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2023. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/d90694ef-178e-4011-84f9-bf2a68be3f23/Eliardo_Martins_tcc.pdf. Acesso em: 20 mar. 2025. -
APA
Martins, E. G. R. (2023). Ferramenta computacional para geração e análise de microestruturas via elementos finitos (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/d90694ef-178e-4011-84f9-bf2a68be3f23/Eliardo_Martins_tcc.pdf -
NLM
Martins EGR. Ferramenta computacional para geração e análise de microestruturas via elementos finitos [Internet]. 2023 ;[citado 2025 mar. 20 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/d90694ef-178e-4011-84f9-bf2a68be3f23/Eliardo_Martins_tcc.pdf -
Vancouver
Martins EGR. Ferramenta computacional para geração e análise de microestruturas via elementos finitos [Internet]. 2023 ;[citado 2025 mar. 20 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/d90694ef-178e-4011-84f9-bf2a68be3f23/Eliardo_Martins_tcc.pdf
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