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O2P2 - Object Oriented Platform for Positional FEM

O2P2 é uma plataforma orientada a objetos em desenvolvimento para resolução de problemas termomecânicos empregando o método dos elementos finitos em sua versão Posicional.

O código fonte pode ser baixado no github. A última versão pode ser acessada pelo DOI: 10.5281/zenodo.7102198

O2P2

Compósitos

Compósitos são elementos constituídos por duas ou mais fases, combinadas de forma que cada fase contribui significativamente para suas propriedades finais, e que isoladamente não seria possível. Os materiais empregados em cada fase são objeto de análise conforme a aplicação, que é vasta em elementos estruturais primários e secundários na indústria naval, aeronáutica, civil, espacial, transportes, entre outras. Os compósitos podem ser classificados conforme a distribuição das suas fases e sua geometria, em compósitos reforçados e compósitos estruturados. 

Compósitos Estruturados

Compósitos estruturados dependem fortemente da geometria de suas fases, e se subdivide em compósitos laminares e compósitos sanduíche. Compósitos laminares são formados pela superposição e aglomeração de lâminas, com as fibras materiais orientadas em diferentes direções, proporcionando maior resistência e rigidez ao conjunto. Compósitos sanduíche são formados por duas faces separadas por um núcleo que pode ter diversas composições e geometrias, como, por exemplo: preenchido por material leve, treliçado, corrugado ou alveolar.

São valorizados devido a sua razão entre rigidez/peso e resistência/peso, assim como sua capacidade para resistir impacto e cargas térmicas. Por vezes chamados de compósitos de elevado desempenho, tem praticamente todos os esforços absorvidos pelo reforço, e a matriz tem função de preenchimento e proteção do reforço. É o caso de placas sanduíche, em que uma matriz polimérica de baixa densidade separa duas folhas externas mais resistentes, feitas em madeira, alumínio, plásticos reforçados com fibras, etc.

Termomecânica

Viscosidade e Plasticidade

Compósitos Reforçados

Compósitos reforçados são aqueles em que a matriz contribui ativamente para absorção dos esforços, e o reforço recebe os esforços que a matriz, por motivo diverso, não é capaz de resistir. Fazem parte deste conjunto os compósitos reforçados por partículas e os compósitos reforçados por fibras, como, por exemplo, o concreto armado.

Duas fases são facilmente identificadas macroscopicamente em compósitos reforçados – a matriz e o reforço. A matriz contribui ativamente para resistir aos esforços, porém tem alguma deficiência em suas propriedades. O reforço, também chamado de fase dispersa, visa atenuar tal deficiência. Uma terceira fase ainda pode ser identificada em compósitos reforçados, a interface, por vezes chamada de zona de transição. Nos casos em que se assume perfeita aderência entre a matriz e o reforço, esta fase é desconsiderada, porém esta simplificação pode levar a falhas na simulação de alguns fenômenos.

A matriz tem a função de proteção e manutenção do espaçamento e orientação do reforço, assim como garantir a devida transferência de esforços. São exemplos de materiais compósitos reforçados os polímeros, as cerâmicas, e o concreto.

Danificação

Reforço Estrutural

Concreto

Material mais utilizado no mundo para construção de estruturas, considera-se usualmente duas fases dispersas – partículas (agregados) e fibras (armaduras) – imersas em uma matriz cimentícia. As partículas reduzem o custo do compósito, porém resultam em material de baixa resistência à tração. A armadura é incorporada para suportar os esforços mecânicos de tração que lhe são impostos. É importante considerar as distintas escalas de análise do compósito – macro, meso e microescala. 

A análise de macroescala visa representar o comportamento global da estrutura,  empregando modelos por vezes empíricos para simular efeitos locais e manifestações patológicas a que a estrutura pode estar sujeita. Suprimisse a avaliação da estrutura interna, e apenas distingue-se a armadura do concreto. 

Já a análise de mesoescala prioriza avaliar a interação entre as fases do compósito, e como estas fases se comportam frente a manifestações patológicas. A interação entre as partículas de agregado, a pasta de cimento e a transição intersticial são consideradas na avaliação do comportamento mecânico.

Na microescala observam-se a estrutura interna da matriz e da interação com os elementos de reforço. Busca-se esclarecer a sua reologia pelo estudo da complexa estrutura porosa do cimento, a estrutura de hidratados, e a interação dos cristais e géis com a água. 

O concreto é sujeito a diversas fontes de deterioração, que podem ser classificadas como físicas e químicas. Dentre as causas físicas pode-se citar o desgaste superficial por atrito, a retração plástica, gradientes térmicos, cargas cíclicas, cristalização de sais por ciclos de secagem e molhagem, ciclos de gelo e degelo, etc. Dentre as causas químicas, a mais importante é a corrosão das armaduras, geralmente acompanhada pela carbonatação e/ou existência de cloretos. Cita-se ainda o ataque por ácidos, sulfatos, formação de etringita tardia, e a reação álcali-agregado.

Fadiga e danificação

Corrosão por penetração de cloretos e por carbonatação

Reologia (fluência, retração e relaxação)

Manifestações Patológicas decorrentes da Reação Álcali-Agregado

Inteligência Artificial

Inteligência Artificial é um conjunto de soluções tecnológicas associadas para realizar atividades de maneira autônoma, buscando simular capacidades humanas ligadas à inteligência, como raciocínio, tomadas de decisão, percepção sensorial, entre outras.

Redes Neurais Artificiais

Algoritmos Genéticos