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ELEMENTOS DE MECÂNICA DA FRATURA APLICADA A ENGENHARIA ESTRUTURAL

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Descrição

A segunda edição deste texto, realizada na Universidade Federal de Lavras, UFLA, teve por objetivo promover a revisão do material primitivo, com a subdivisão e a adição de capítulos, assim como a correção da numeração de equações, figuras e tabelas. Curiosamente, parece ao autor que esses equívocos saltam às folhas somente quando o texto já se encontra publicado.

Com a participação da Editora UFLA, neste novo formato procurou-se resguardar o objetivo inicialmente idealizado, qual seja, o de disponibilizar à comunidade científica, em especial aos alunos de graduação e de pós-graduação das diferentes modalidades da engenharia, um texto básico referente à mecânica da fratura, escrito em Português.

Aos colegas da Escola Politécnica da USP, da Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, da Escola de Engenharia de São Carlos, EESC-USP, da PUC-Rio, assim como outros que militam em diferentes instituições espalhadas por todo o país e que se manifestaram relativamente à primeira edição deste trabalho, o autor sinceramente agradece. Com os agradecimentos, apresenta também as suas desculpas, em virtude dos equívocos cometidos na versão anterior.

No seu entendimento, muito resta a acrescentar ao tema tratado. Com essa visão, persiste a preparar um novo texto que dará foco às novas tendências da mecânica da fratura e, em especial, da mecânica da fratura dos materiais de ruptura quase frágil, área do conhecimento que lhe parece de extrema importância e especialmente desprovida de literatura específica, no conjunto de países que falam o idioma português.

1 INTRODUÇÃO – 13
1.1 BREVES COMENTÁRIOS À ORGANIZAÇÃO DO LIVRO – 18
1.2 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 19

2 MECÂNICA DA FRATURA
2.1 MECANISMOS FÍSICOS DE DEFORMAÇÃO – 21
2.2 CONCEITOS DE FALHA E RESISTÊNCIA – 25
2.2.1 MECANISMOS DE FALHA – 25
2.2.2 RESISTÊNCIA E EFEITO DE ESCALA – 27
2.3 GÊNESE DA FISSURAÇÃO – 28
2.3.1 ACUMULAÇÃO DE DANO E INICIAÇÃO DA FISSURAÇÃO – 28
2.4 PROPAGAÇÃO DE FISSURAS EM ELEMENTOS ESTRUTURAIS – 31
2.5 FRONTEIRA ENTRE AS MECÂNICAS DO DANO E DA FRATURA – 32
2.6 CONSIDERAÇÕES SOBRE O FRATURAMENTO FRÁGIL – 33
2.7 MODOS DE SOLICITAÇÃO AO FRATURAMENTO – 34
2.8 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 36

3 CAMPOS DE TENSÃO E DE DESLOCAMENTO
3.1 INTRODUÇÃO – 39
3.2 FRATURAMENTO NO MODO I – 40
3.3 SOLUÇÃO COMPLETA DO CAMPO DE TENSÃO – 50
3.4 CAMPO DE DESLOCAMENTO PARA O MODO I – 51
3.5 FRATURAMENTO NOS MODOS II E III – 52
3.5.1 SOLUÇÃO DO CAMPO DE TENSÃO – 52
3.5.1.1 MODO II - CISALHAMENTO PLANO – 52
3.5.1.2 MODO III - ABERTURA ANTIPLANA – 53
3.5.2 SOLUÇÃO DO CAMPO DE DESLOCAMENTO – 53
3.5.2.1 MODO II - ABERTURA NO PLANO – 53
3.5.2.2 MODO III - ABERTURA ANTIPLANA – 54
3.6 TENSÕES PRINCIPAIS NO FRATURAMENTO PLANO – 55
3.7 DESCRIÇÃO CIRCUNFERENCIAL DO CAMPO DE TENSÃO – 56
3.8 A TENACIDADE AO FRATURAMENTO COMO CRITÉRIO DE ESTABILIDADE – 57
3.9 UTILIZAÇÃO PRÁTICA DOS CONCEITOS DE TENACIDADE AO FRATURAMENTO – 58
3.10 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO Z – 59
3.11 APÊNDICE “A” AO CAPÍTULO 3 – 60
3.12 APÊNDICE “B” AO CAPÍTULO 3 – 63

4 SOLUÇÕES DE GEOMETRIAS PARTICULARES
4.1 INTRODUÇÃO – 67
4.2 ESTUDO DAS VIGAS – 70
4.2.1 FUNÇÕES DE DEPENDÊNCIA PARA FATORES DE INTENSIDADE DE TENSÃO – 71
4.2.2 FUNÇÕES DE DEPENDÊNCIA PARA CMOD – 73
4.2.3 FUNÇÕES DE DEPENDÊNCIA PARA OS DESLOCAMENTOS VERTICAIS – 75
4.3 CORPOS DE PROVA COM ENTALHES EM V PARA ENSAIOS EM EPD – 77
4.3.1 CORPOS DE PROVA SHORT RODS E SHORT BARS (CEV) – 77
4.3.2 CORPOS DE PRO VA CHEVRON BENDING (V-CEV) – 80
4.4 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 84
4.5 APÊNDICE “A” AO CAPÍTULO 4 – 86

5 REGIÃO DE DOMÍNIO DE K E ZONA DE PROCESSOS INELÁSTICOS
5.1 INTRODUÇÃO – 89
5.2 EXTENSÃO DA ZONA DE PROCESSOS INELÁSTICOS – 92
5.3 EXTENSÃO DA ZPI, SEGUNDO OUTROS CRITÉRIOS – 95
5.3.1 ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO (EPD) – 96
5.3.2 ESTADO PLANO DE TENSÃO (EPT) – 97
5.4 FORMA DA ZONA DE PROCESSOS INELÁSTICOS – 99
5.4.1 CRITÉRIO DE VON MISES – 99
5.4.2 CRITÉRIO DE TRESCA – 100
5.5 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 104

6 TERMODINÂMICA DO PROCESSO DE FRATURAMENTO
6.1 INTRODUÇÃO – 105
6.2 TAXA DE LIBERAÇÃO DE ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA – 106
6.2.1 FORÇA CONSTANTE PRESCRITA – 109
6.2.2 DESLOCAMENTO CONSTANTE PRESCRITO – 109
6.3 AS RELAÇÕES EXISTENTES ENTRE KE G – 111
6.4 A TAXA CRÍTICA DE LIBERAÇÃO DE ENERGIA E A ESTABILIDADE DA FISSURA – 115
6.5 A TAXA CRÍTICA DE LIBERAÇÃO DE ENERGIA E A ENERGIA DE SUPERFÍCIE – 117
6.6 CURVAS DE RESISTÊNCIA AO FRATURAMENTO – 118
6.6.1 ANÁLISE DA RUPTURA FRÁGIL – 118
6.7 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 121

7 A INTEGRAL J DE CAMINHO INDEPENDENTE
7.1 INTRODUÇÃO – 123
7.2 DEFINIÇÃO DA INTEGRAL J – 124
7.3 A INTEGRAL J E OS MODOS DE SOLICITAÇÃO AO FRATURAMENTO – 126
7.4 AS INTEGRAIS J NO FRATURAMENTO ELASTOPLÁSTICO – 127
7.5 A INTEGRAL J COMO CRITÉRIO DE ESTABILIDADE – 129
7.6 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 129

8 MECÂNICA DA FRATURA EXPERIMENTAL
8.1 INTRODUÇÃO – 131
8.2 TENACIDADE AO FRATURAMENTO EM EPD – 132
8.3 TENACIDADE AO FRATURAMENTO EM EPT – 135
8.4 TENACIDADE AO FRATURAMENTO DE MATERIAIS METÁLICOS – 138
8.5 TENACIDADE AO FRATURAMENTO EM EPD (ASTM-E 399) – 138
8.5.1 PARÂMETROS DE TENACIDADE AO FRATURAMENTO – 139
8.5.2 CORPOS DE PROVA SUGERIDOS PARA OS ENSAIOS – 139
8.5.3 VIGA COM ENTRALHE CENTRAL - FLEXÃO EM TRÊS PONTOS (BEND SPECIMEN) – 140
8.5.3.1 OBTENÇÃO DA FISSURA PRÉVIA EM ENSAIOS DE FRATURAMENTO – 142
8.5.3.2 TAXA DE CARREGAMENTO – 142
8.5.3.3 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS – 143
8.5.3.4 DETERMINAÇÃO DA TENACIDADE AO FRATURAMENTO – 144
8.5.3.5 DETERMINAÇÃO DA RAZÃO DE RESISTÊNCIA DO CORPO DE PROVA, Rsb – 145
8.5.4 CORPO DE PROVA COMPACTO (COMPACT TENSION) – 145
8.5.4.1 DETERMINAÇÃO DE VALORES DE TENACIDADE – 146
8.5.4.2 RAZÃO DE RESISTÊNCIA DO CORPO DE PROVA, Rsc – 147
8.5.5 CORPO DE PROVA EM ARCO (ARC-SHAPED SPECIMEN) – 147
8.5.5.1 DETERMINAÇÃO DE VALORES DE TENACIDADE – 148
8.5.5.2 RAZÃO DE RESISTÊNCIA DO CORPO DE PROVA, Rsa – 149
8.5.6 CORPO DE PROVA COMPACTO EM DISCO (DISK-SHAPED COMPACT) – 149
8.5.6.1 DETERMINAÇÃO DE VALORES DE TENACIDADE – 150
8.5.6.2 RAZÃO DE RESISTÊNCIA DO CORPO DE PROVA, Rcdc – 151
8.6 ENSAIOS RÁPIDOS DE TENACIDADE, EM EPD – 151
8.6.1 METODOLOGIAS DE ENSAIO E DE ANÁLISE – 152
8.7 CURVAS DE RESISTÊNCIA FUNDAMENTADAS NA INTEGRAL J – 153
8.8 ENSAIOS ASSOCIADOS DE IMPACTO – 155
8.8.1 METODOLOGIA EXPERIMENTAL – 156
8.9 TRANSIÇÃO DÜCTIL-FRÂGIL – 158
8.10 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 159

9 MECÂNICA DA FRATURA COMPUTACIONAL
9.1 INTRODUÇÃO – 161
9.2 METODOLOGIAS UTILIZADAS – 163
9.3 MÉTODO DA EXTRAPOLAÇÃO, BASEADA EM DESLOCAMENTOS – 163
9.4 TÉCNICA DA CORRELAÇÃO DE DESLOCAMENTOS – 165
9.4.1 FRATURAMENTO NOS MODOS I, II E III, PUROS – 166
9.4.2 SOLICITAÇÕES COMBINADAS – 167
9.4.3 ROTAÇÃO DOS DESLOCAMENTOS – 167
9.5 UTILIZAÇÃO DE ELEMENTOS SINGULARES – 169
9.5.1 FATORES DE INTENSIDADE DE TENSÃO E ELEMENTOS SINGULARES – 171
9.6 INTEGRAL J – 171
9.7 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 174

10 PROPAGAÇÃO DE FISSURAS ARBITRÁRIAS: INTERAÇÃO DE MODOS
10.1 INTRODUÇÃO – 177
10.2 TEORIAS DE INTERAÇÃO DE MODOS PARA PROBLEMAS PLANOS – 178
10.2.1 TEORIA DA MÁXIMA TENSÃO CIRCUNFERENCIAL, (EDOGAN;SIH, 1963) – 178
10.2.2 TEORIA DA MÍNIMA DENSIDADE DE ENERGIA DE DEFORMAÇÃO, (SIH> 1974) – 182
10.3 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 183

11 MECÂNICA DA FRATURA ELASTOPLÁSTICA
11.1 INTRODUÇÃO – 185
11.2 MODELO DE DUGDALE – 186
11.3 DESLOCAMENTO DE ABERTURA DA PONTA DA FISSURA, CTOD – 189
11.3.1 ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DO CTOD – 191
11.4 ÂNGULO DE ABERTURA DA PONTA DA FISSURA, CTOA – 192
11.5 CURVAS DE RESISTÊNCIA NA RUPTURA DÚCTIL – 194
11.5.1 CURVAS-R EM EPT – 197
11.6 FATOR DE CORREÇÃO ENELÁSTICA, p, PARA CORPOS DE PROVA COM ENTALHES EM V – 198
11.7 A SOLUÇÃO ELASTOPLÁSTICA DE “HRR” E A ZONA DE DOMÍNIO DE J – 201
11.8 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 203

12 FRATURAMENTO DE MATERIAIS QUASE FRÁGEIS
12.1 INTRODUÇÃO – 205
12.2 ANÁLISE DA RUPTURA QUASE FRÁGIL – 207
12.3 MODELAGEM DA ZONA DE PROCESSOS INELÁSTICOS – 209
12.4 MODELOS DE ANÁLISE DA RESISTÊNCIA AO FRATURAMENTO – 214
12.4.1 MODELOS COESIVOS – 215
12.4.2 MODELOSELÁSTICO-EFETIVOS OUELÁSTICO-EQUIVALENTES – 217
12.4.3 MODELO DO EFEITO DE ESCALA – 218
12.5 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 221

13 FRATURAMENTO DOS CONCRETOS, ARGAMASSAS, ROCHAS E CERÂMICAS
13.1 INTRODUÇÃO – 223
13.2 PARÂMETROS DE TENACIDADE ASSOCIADOS AO MODELO COESIVO DA FISSURA FICTÍCIA – 224
13.2.1 ENERGIA DE FRATURAMENTO, Gf – 225
13.2.1.1 FUNDAMENTAÇÃO DO MÉTODO – 225
13.2.1.2 GENERALIDADES SOBRE OS PROCEDIMENTOS DE ENSAIO – 227
13.2.1.3 DETERMINAÇÃO DA ENERGIA DE FRATURAMENTO – 229
13.2.1.4 DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO CARACTERÍSTICO, 1CH – 230
13.2.1.5 DETERMINAÇÃO DO MÓDULO DE YOUNG, E – 231
13.2.1.6 INTERRUPÇÃO PREMATURA DO ENSAIO – 233
13.2.1.7 BREVES CONSIDERAÇÕES RELATIVAS À ENERGIA DE FRATURAMENTO, GF, E A GEOMETRIA EUCLIDIANA – 236
13.3 PARÂMETROS DE TENACIDADE DOS MODELOS ELÁSTICO-EFETIVOS – 237
13.3.1 MODELO DOS DOIS PARÂMETROS – 238
13.3.1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA – 238
13.3.1.2 GENERALIDADES SOBRE OS PROCEDIMENTOS DE ENSAIO – 242
13.3.1.3 FLUXOGRAMA PARA A IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONAL – 244
13.3.1.3 DETERMINAÇÃO DO COMPRIMENTO CARACTERÍSTICO, Q – 245
13.3.2 MODELO DA FISSURA EFETIVA – 245
13.3.3.1 FUNDAMENTAÇÃO DO MÉTODO – 246
13.3.3.2 GENERALIDADES SOBRE OS PROCEDIMENTOS DE ENSAIO – 252
13.4 PARÂMETROS DE TENACIDADE DO MODELO DA LEI DE EFEITO DE ESCALA – 253
13.4.1 GEOMETRIA DO CORPO DE PROVA – 253
13.4.2 PROCEDIMENTOS DE CÁLCULO PARA A DETERMINAÇÃO DE Gcºº – 254
13.4.2.1 PROCEDIMENTOS PRELIMINARES – 254
13.4.2.2 DETERMINAÇÃO DE Gcºº - 255
13.4.2.3 DETERMINAÇÃO DA EXTENSÃO EFETIVA DA ZONA DE PROCESSOS INELÁSTICOS E DO CTODc – 257
13.4.3 CASO DE ESTUDO – 257
13.4.3.1 MATERIAL INVESTIGADO – 258
13.4.3.2 RESULTADOS OBTIDOS – 259
13.4.3.3 DISCUSSÃO – 263
13.4.3.4 ROTEIRO PARA O TRAÇADO DOS GRÁFICOS – 265
13.5 A TAXA CRÍTICA DE LIBERAÇÃO DE ENERGIA, Gf , E A ENERGIA DE FRATURAMENTO, Gf – 265
13.6 CURVAS DE RESISTÊNCIA AO FRATURAMENTO PARA MATERIAIS QUASE FRÁGEIS – 266
13.6.1 EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS DA MFEL PARA VIGAS ENTALHADAS - 268
13.6.2 RELAÇÕES ELÁSTICAS LINEARES ENTRE OS DESLOCAMENTOS CMOD – 269
13.6.3 CURVAS-R FUNDAMENTADAS NAS RELAÇÕES P-CMOD, P – 270
13.6.4 CASO DE ESTUDO – 271
13.7 REFERÊNCIAS DO CAPÍTULO – 274
14 EPÍLOGO – 277
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS – 278


Autor: Luiz Eduardo Teixeira Ferreira
Ano: 2019
Número de Páginas: 287
Tamanho: 17 x 24 cm
Editora: UFLA
Acabamento: Brochura
ISBN: 9788581270913


CNPJ: 96.631.353/0001-69 - Email: pldlivros@uol.com.br - Fone: (19) 3421 7436 - Fone: 3423 3961 - Piracicaba/SP

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