A LUMPED DAMAGE MODEL FOR MIXED-MODE FAILURES: Formulation, Implementation, and Numerical Validation
mecânica do dano concentrado expandida; elementos finitos; modo I; modo II; ruptura de taludes
Graças à sua capacidade de simular a ocorrência e a propagação de fissuras em diversos tipos
de estruturas, a Mecânica da Fratura e a Mecânica do Dano têm sido amplamente exploradas
para a modelagem numérica da degradação e da ruptura em materiais quase frágeis. Nesse
contexto, a Mecânica do Dano Concentrado Expandida (MDCX), surge como uma alternativa
para modelar falhas localizadas por meio de bandas de localização incorporadas aos elementos
finitos. O objetivo deste trabalho é desenvolver, implementar e validar uma formulação que
utiliza a Mecânica do Dano Concentrado Expandida para modelar falhas em modo misto (Modo
I (abertura) e Modo II (cisalhamento no plano)). O modelo utiliza elementos finitos
bidimensionais com bandas de localização em suas faces para representar o processo de
degradação do material. A implementação computacional da formulação foi progressivamente
aprimorada durante a pesquisa, incluindo correções numéricas e a reformulação de rotinas
associadas ao comportamento em cisalhamento, além da utilização de malhas quadrilaterais
irregulares. Também foram realizados estudos paramétricos envolvendo os coeficientes 𝛼 e 𝛽,
relacionados, respectivamente, às contribuições dos Modos I e II, bem como o multiplicador de
localização 𝜆!, associado à evolução do processo de degradação. A formulação foi avaliada por
meio de oito exemplos numéricos, alguns retirados da literatura especializada e outros
elaborados para abranger diferentes geometrias, materiais, condições de carregamento e
mecanismos de falha. Os resultados foram comparados com dados experimentais e soluções
numéricas de referência e, para os casos de refinamento de malha avaliados, a resposta global
mostrou baixa sensibilidade à redução de tamanho do elemento. Os resultados obtidos
contribuem para o estabelecimento de uma ferramenta numérica capaz de representar
mecanismos complexos de fratura e localização de deformações em materiais quase frágeis,
fornecendo uma base para aplicações em diferentes problemas estruturais.