Formulações do Método dos Elementos de Contorno aplicadas à análise elástica e à fratura coesiva de estruturas compostas planas Versão corrigida A versão original encontra-se na Escola de Engenharia de São Carlos São Carlos 2015 SÉRGIO GUSTAVO FERREIRA CORDEIRO Formulações do Método dos Elementos de Contorno aplicadas à análise elástica e à fratura coesiva de estruturas compostas planas Dissertação apresentada ao Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC-USP como parte dos quesitos

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... ários para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Estruturas. Orientador: Prof. Dr. Edson Denner Leonel São Carlos 2015 Aos meus pais Regina Celi e Paulo Sérgio (em memória)... AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por ter me proporcionado saúde e paz ao longo de toda minha vida, permitindo assim que eu trilhasse meus caminhos e concluísse mais essa importante etapa. A toda minha família, em especial aos meus pais, Paulo e Regina (em memória), e tios/tias que me incentivaram a me tornar uma pessoa digna. Também ao meu irmão Robson que por muitas vezes me serviu de inspiração no desenvolver da pesquisa. À minha noiva Beatriz e aos meus sogros pelo carinho e compreensão ao longo dessa jornada me ajudando a superar os desafios enfrentados. Ao prof. Dr. Edson Leonel por toda a atenção, paciência, humildade e disponibilidade para me atender em todos os momentos. Agradeço também por sua coerência profissional como orientador/pesquisador e companheirismo. Acredito que além de uma grande orientação, também levarei uma prospera amizade. Debs, por todos os ensinamentos transmitidos os quais contribuíram muito para a minha formação. Agradeço também a toda equipe da secretaria do SET pelo acolhimento e adicionais ajudas burocráticas. Aos professores Dr. João Batista de Paiva e Dr. Rodrigo Bresciani Canto por examinarem minha qualificação e contribuírem com importantes sugestões para a pesquisa. Também agradeço ao professor Dr. Leandro Palermo Junior e novamente ao prof. Rodrigo pela disponibilidade de participar da comissão examinadora do presente trabalho. Thiago, Jeferson, Júlio e todos os outros pelos momentos de amizade e descontração. Aos alunos de pós-doutorado Dorival e Edimar pelos ensinamentos transmitidos. Aos professores Christian Duenser e Thomas Fries, e também aos pesquisadores e funcionários do Institut für Baustatik da Technische Universität Graz pelo acolhimento proporcionado durante minha estadia na universidade. Ao programa IRSES-Marie Curie Actions pelo apoio financeiro concedido no período de estágio na universidade Austríaca, e por fim, à CAPES pelo suporte financeiro que me possibilitou a dedicação exclusiva à presente pesquisa. Palavras-chave: Método dos Elementos de Contorno, Estruturas Compostas, Técnica de Multi-regiões, Meios Anisotrópicos, Modelo Coesivo de Fratura, Operador Tangente. ABSTRACT CORDEIRO, S. G. F. Boundary Element Method formulations applied to elastic analysis and cohesive fracture of plane composed structures. 2015. 266 p. Dissertation (M. Sc. in Structural Engineering) -School of Engineering of São Carlos, University of São Paulo, São Carlos, 2015. The present work deals the development of numerical formulations to evaluate the mechanical behaviour of plane composed structures, in the context of linear elasticity and nonlinear fracture mechanics. The proposed formulations are based on the Boundary Element Method (BEM), through its classical singular and hyper singular integral equations. The multi-region technique is adopted to couple the interfaces of non-homogeneous multiphase bodies. The BEM is a robust and accurate numerical technique to analyse fracture phenomena in solids. This numerical method presents a mesh dimensionality reduction, which makes easier the modelling of cracks surfaces. Besides, this dimensionality reduction also makes the treatment of interfaces in composed structures a less complex task. Considering the use of Kelvin fundamental solutions at the integrals equations, isotropic materials can be represent as parts of the composed structures. On the other hand, using Cruse & Swedlow fundamental solution it is also possible to deal with general anisotropic materials. At the composed structures, cracks can propagate along the materials interfaces and the cohesive crack model is responsible for the nonlinear structural behaviour of the quasi-brittle failures. The nonlinear system of equations at the fracture analyses is solved using two different algorithms for iterative resolution. The first always takes into account the structure elastic strength and, hence it is called Constant Operator (CO). On the other hand, the second is denominated Tangent Operator (TO) due to the fact that it considers strengths at the tangent directions of the nonlinear structural response. Therefore, convergence rates are faster when compared with the CO. As applications, composed structures were analysed with the developed formulations in linear elastic range. In addition, experimental fracture testes performed in concrete and wood specimens were also analysed. The confront of obtained results with the reference ones show that, the formulation was effective and accurate to evaluate the mechanical responses of composed structures in linear elastic range, and also to perform nonlinear quasi-brittle fracture tests.