Análise computacional tridimensional de sólidos hookeanos utilizando a família de deformação seno hiperbólico generalizada

dc.creatorDaniel Boy Vasconcellos
dc.date.accessioned2025-08-07T14:20:02Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:05:36Z
dc.date.available2025-08-07T14:20:02Z
dc.date.issued2025-05-30
dc.description.abstractThe 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.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/84144
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia de estruturas
dc.subjectDeformações e tensões
dc.subjectMétodo dos elementos finitos
dc.subject.otherMedida de deformação
dc.subject.otherSeno hiperbólico generalizado
dc.subject.otherModelo hookeano
dc.subject.otherGrandes deformações
dc.subject.otherFormulação posicional do método dos elementos finitos
dc.titleAnálise computacional tridimensional de sólidos hookeanos utilizando a família de deformação seno hiperbólico generalizada
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor1Marcelo Greco
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7953197985531154
local.contributor.referee1Jeferson Wilian Dossa Fernandes
local.contributor.referee1João Paulo Pascon
local.contributor.referee1Daniel Nelson Maciel
local.contributor.referee1Fernando Pereira Duda
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1316068144324401
local.description.resumoA 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.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6090-7419
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas

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