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http://hdl.handle.net/1843/84144
Tipo: | Tese |
Título: | Análise computacional tridimensional de sólidos hookeanos utilizando a família de deformação seno hiperbólico generalizada |
Autor(es): | Daniel Boy Vasconcellos |
primer Tutor: | Marcelo Greco |
primer miembro del tribunal : | Jeferson Wilian Dossa Fernandes |
Segundo miembro del tribunal: | João Paulo Pascon |
Tercer miembro del tribunal: | Daniel Nelson Maciel |
Cuarto miembro del tribunal: | Fernando Pereira Duda |
Resumen: | A proposição de equações constitutivas para a modelagem de sólidos isotrópicos hiperelásticos sob moderadas/grandes deformações ainda é um desafio na comunidade científica, tendo em vista o comportamento não linear que eles apresentam nesse regime. Este trabalho, em âmbito 3D, implementa computacionalmente e investiga uma equação constitutiva construída a partir da lei de Hooke, na qual utiliza-se o tensor de deformação seno hiperbólico generalizado e o seu correspondente tensor de tensão energeticamente conjugado. Emprega-se a formulação posicional do método dos elementos finitos, a qual é inicialmente escrita considerando um par energeticamente conjugado Lagrangiano genérico. Desenvolveu-se uma estratégia simples e geral para a determinação das derivadas do tensor de deformação seno hiperbólico em relação ao gradiente de deformação. Além disso, o método de Newton-Raphson é utilizado na solução do problema não linear. Para se demonstrar a aplicabilidade da formulação, alguns exemplos numéricos são realizados. Lançando-se mão de resultados experimentais de extensão axial, extensão equi-biaxial e cisalhamento simples obtidos da literatura, realizaram-se calibrações a fim de determinar as constantes do modelo proposto, que possui quatro parâmetros. Elas conduziram a uma ótima concordância dos dados analíticos/numéricos em relação aos experimentais. A versatilidade do modelo construído permitiu a modelagem de borrachas, tecidos biológicos e espumas. Por fim, três exemplos numéricos de deformação não homogênea, cujos resultados mostram qualitativamente um excelente desempenho da formulação, são apresentados. |
Abstract: | The proposition of constitutive equations for the modeling of isotropic hyperelastic solids under moderate/large deformations is still a challenge in the scientific community, considering the nonlinear behavior they exhibit in this regime. This work, in a 3D context, computationally implements and investigates a constitutive equation derived from Hooke's law, which uses the generalized hyperbolic sine strain tensor and its corresponding energetically conjugated stress tensor. The positional formulation of the finite element method is employed, initially written considering a generic Lagrangian energetically conjugate pair. A simple and general strategy was developed for determining the derivatives of the hyperbolic sine strain tensor with respect to the deformation gradient. Additionally, the Newton-Raphson method is used to solve the nonlinear problem. To demonstrate the applicability of the formulation, some numerical examples are conducted. Using experimental results from axial extension, equibiaxial extension, and simple shear obtained from the literature, calibrations were performed to determine the constants of the proposed model, which has four parameters. They resulted in remarkable agreement between the analytical/numerical and experimental data. The versatility of the constructed model allowed for the modeling of rubbers, biological tissues, and foams. Finally, three numerical examples of non-homogeneous deformation, whose results qualitatively show an excellent performance of the formulation, are presented. |
Asunto: | Engenharia de estruturas Deformações e tensões Método dos elementos finitos |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Institución: | UFMG |
Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/84144 |
Fecha del documento: | 30-may-2025 |
Aparece en las colecciones: | Teses de Doutorado |
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