Utilização do método do campo de fase para modelagem numérica envolvendo problemas de mecânica da fratura utilizando o pacote computacional FEniCS

Abstract

RESUMO: A mecânica da fratura é a abordagem mecânica dos processos de fratura, que surgiu devido às limitações na aplicação de conceitos tradicionais da Mecânica dos Materiais para prever o comportamento de materiais quanto à presença de trincas. As soluções de problemas analíticos com essa abordagem podem ser inatingíveis, portanto, é necessário usar modelagem numérica, como o método de elementos finitos. No entanto, o uso de softwares mais avançados que resolvem problemas de engenharia numericamente é limitado por seu alto custo. O FEniCS é uma plataforma computacional de código aberto que resolve equações diferenciais parciais pelo método de elementos finitos. Assim, a partir de um tutorial para essa plataforma computacional, este trabalho se propôs a reproduzir um problema clássico de mecânica da fratura elástica linear, com base na validação do FEniCS através de um problema elástico linear, utilizando como referência um modelo analítico e, a fins de comparação, o software comercial ANSYS®. Com a ajuda do tutorial fornecido, foi criado um código para modelar um teste de tração com pré-trinca simples e um ensaio de flexão de três pontos, utilizando o método do campo de fase. Implementado com o auxílio do Gmsh e do Paraview, foi possível obter resultados satisfatórios e mostrar que o FeniCS é uma ferramenta poderosa e acessível para resolver problemas de mecânica da fratura.