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Title in Portuguese: Modelagem computacional de misturas asfálticas com a utilização do método dos elementos finitos, da teoria da viscoelasticidade linear e da mecânica do dano contínuo
Author: Almeida, Francisco José Pereira de
Advisor(s): Soares, Jorge Barbosa
Co-advisor(s): Parente Junior, Evandro
Keywords: Transportes
Misturas de emulsão asfáltica
Método dos elementos finitos
Viscoelasticidade
Mechanics of continuous damage
Asphalt mixtures
Viscoelasticity
Finite element method
Homogenization
Issue Date: 30-Jan-2019
Citation: ALMEIDA, F. J. P. de. Modelagem computacional de misturas asfálticas com a utilização do método dos elementos finitos, da teoria da viscoelasticidade linear e da mecânica do dano contínuo. 2019. 141 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Desenvolveu-se, nessa pesquisa, uma formulação para modelar o comportamento mecânico de misturas asfálticas com a utilização do Método dos Elementos Finitos, da Teoria da Viscoelasticidade Linear e da Mecânica do Dano Contínuo. A formulação admite a perda de rigidez no material durante o fenômeno de fadiga devido ao dano isotrópico ou ao dano ortotrópico. Na formulação, os agregados são considerados materiais elásticos e a Matriz de Agregados Finos (MAF) um material viscoelástico linear. Ademais, considera-se que o dano ocorre somente na MAF. Obtêm-se, em simulações de ensaios de módulo complexo em corpos de prova virtuais (CPVs), as propriedades homogeneizadas de rigidez de Misturas Asfálticas Completas (MACs), a partir das propriedades de seus constituintes individuais. Calcula-se o número de ciclos até a ocorrência de falha durante a simulação do ensaio de fadiga em CPVs submetidos a solicitações cíclicas. Os dados de entrada são a curva granulométrica da MAC e as propriedades mecânicas de seus constituintes, definidas pelo módulo de elasticidade dos agregados e seu coeficiente de Poisson; o módulo de relaxação da MAF, para uma dada temperatura, e seu coeficiente de Poisson. Para análise de dano, além das propriedades de rigidez já mencionadas, também é necessário fornecer a curva de integridade (curva C x S) da MAF e a curva GR x Nf , relacionada ao critério de falha por fadiga da MAF. Foram simuladas MACs cujas propriedades de suas respectivas MAFs eram conhecidas. Os resultados das simulações demonstraram a coerência da formulação. As ferramentas desenvolvidas permitem capturar os efeitos de mudanças nas propriedades dos constituintes sobre o comportamento do compósito viscoelástico.
Abstract: A formulation was developed for computational modeling of asphalt mixtures using the Finite Element Method, the Linear Viscoelasticity Theory and the Mechanics of Continuous Damage. The formulation admits loss of stiffness in the material during the fatigue phenomenon due to isotropic or orthotropic damage. The aggregates are considered elastic materials and the Fine Aggregates Matrix (FAM) a linear viscoelastic material. In addition, it is considered that the damage occurs only in the FAM. The homogenized stiffness mechanical properties of Hot Mix Asphalt mixtures (HMA) are obtained, in complex module simulation, from the properties of their individual constituents. It is calculated the number of cycles until the occurrence of failure during the simulation of the fatigue test in virtual bodies submited to cyclical forcing. The inputs are the aggregate gradation curve of the HMA and the mechanical properties of its constituents, defined by the modulus of elasticity of the aggregates and its Poisson ratio; the relaxation modulus of the FAM, for a given temperature, and its Poisson ratio. For damage analysis, in addition to the mentioned stiffness properties, it is also necessary to provide the integrity curve (C x S) of the FAM and the curve GR x Nf , related to the FAM fatigue failure criterion. The simulation results demonstrate the consistency of the formulation. Developed tools allow to capture effects of changes in the properties of the constituents on the behavior of the viscoelastic composite.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40405
metadata.dc.type: Tese
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