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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Uma metodologia baseada no XFEM para análise estrutural de chapas com reparos colados
Title Alternative: A XFEM based methodology for the structural analysis plates with bonded repairs
Author: Picado, Ricardo Migueis, 1970-
Advisor: Pavanello, Renato, 1959-
Abstract: Resumo: Reparos colados representam uma opção eficiente e de baixo custo para restauração da resistência perdida e para a minimização dos efeitos devidos a danos em estruturas metálicas. Reparos fabricados em materiais compósitos têm sido utilizados com sucesso no restauro estrutural de aeronaves e navios. Projetos bem sucedidos de reparos colados dependem do conhecimento preciso das tensões induzidas pela presença do reparo. As distribuições de tensão podem ser obtidas através de expressões analíticas ou através de métodos numéricos, como o método dos elementos finitos (FEM), por exemplo. Expressões analíticas são, geralmente, mais simples de usar, porém não geometrias e materiais mais simples. O FEM é adequado para geometrias e leis de materiais complexas, porém necessita de malhas em conformidade com as descontinuidades e refinadas no entorno das singularidades. Análises de reparos colados através do FEM, normalmente requerem malhas tri-dimensionais refinadas no entorno de trincas, regiões sob corrosão e na fina camada de adesivo, demandando trabalho significativo para a preparação do modelo. Esse trabalho apresenta uma nova metodologia baseada na teoria do XFEM, que permite a representação de uma trinca genérica, de uma região corroída, de uma camada de adesivo e de uma camada de reparo de material ortotrópico na malha bi-dimensional do substrato intacto. A posição e as dimensões de trincas, dos contornos de regiões corroídas e da camada de reparo ortotrópico são totalmente independentes da representação da malha do substrato na condição intacta. Assim, como são as espessuras das camadas de adesivo e de reparo ortotrópico. Dessa forma, não é necessário retrabalhar a malha intacta para representar os defeitos ou o reparo colado. O trabalho se baseia no regime elástico de materiais isotrópicos para as camadas de substrato e de adesivo e de materiais ortotrópicos para a camada do reparo. Uma chapa metálica bi-dimensional quadrilateral com dimensões finitas contendo diversas configurações de trincas e de regiões corroídas, de espessura de adesivo e de geometrias e posição de reparos ortotrópicos será investigada na presente abordagem. Para chapas trincadas, o desempenho dos reparos será avaliado em termos da constante de intensidade de tensões ($K_I$). Para chapas corroídas, a constante de concentração de tensões ($k_t$) será utilizada

Abstract: Bonded repairs represent an efficient and cost-effective option to restore lost strength and minimize damage effects on metallic structures. Composite patches have been successfully used for structural repairs in aircrafts and ships. Successful bonded repair designs strongly depends on knowing the stresses induced by the presence of the patch in the substrate. Stress fields may be obtained either by analytical formulations or by numerical methods, like the finite element method (FEM). Analytical expressions are, generally, simpler to use, but are limited to simple geometries and material laws. FEM is suited for complex geometries and materials laws, but requires meshes conforming to discontinuities, high refinement near singularities and near high gradient areas. Analysis of bonded patches, using the standard FEM, normally requires refined three-dimensional meshes, therefore signficant amount of work in the model setup phase is demanded. This work presents a new mehodology based on the XFEM theory, that allows the representation of a generic crack, a corroded area, an adhesive layer, and a bonded patch repair in the two-dimensional mesh of the intact substrate. Crack size and position, shape and thickness of the patch, and adhesive layer thickness may be represented independently of the mesh. Re-meshing to represent variations in crack size and position, patch dimensions and position, and adhesive thickness is not necessary. A finite dimension two-dimensional metalic isotropic plate with several geometric configurations of cracks, lower thickess areas,ortotropic bonded patches is investigated to prove eficacy of this approach. For cracked plates, the results for unrepaired and repaired plates are compared in terms of the stress intensification factor. For corroded platres, the stress intensification constant ($k_t$) will be used
Subject: Mecânica da fratura
Corrosão
Método dos elementos finitos
Engenharia de estruturas - Manutenção e reparos
Colagem
Projeto estrutural
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: PICADO, Ricardo Migueis. Uma metodologia baseada no XFEM para análise estrutural de chapas com reparos colados. 2018. 1 recurso online (178 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/332953>. Acesso em: 18 dez. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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