Simulação de problemas elastodinânicos em guias de ondas e metamateriais - Silva, Guilherme Schumacher da (2023)
A caracterização do comportamento de estruturas utilizando parâmetros elastodinâmicos, é um tema de interesse sensivelmente crescente no meio acadêmico e industrial. Isto ocorre tanto no desenvolvimento de novos materiais que tenham uma distribuição de massa e rigidez que permita que o material apresente propriedades desejáveis quando acontecer a interação com ondas mecânicas, como na identificação de localização e tipologia de defeitos na estrutura através de seu padrão de propagação quando ondas mecânicas interagem com os mesmos. Nos dois casos, a distância entre a aplicação tecnológica e o desenvolvimento teórico associado é pequeno, o que torna este estudo particularmente atrativo para o desenvolvimento de novos produtos e patentes. Neste contexto, a presente tese, avalia os aspectos chaves na propagação de ondas em sólidos como: (i) o desenvolvimento e aplicação de técnicas para determinar as curvas de dispersão; (ii) o desenvolvimento de métodos para avaliação de ondas em estruturas helicoidais; (iii) a implementação de metodologias de cálculo de curvas de dispersão empregando métodos numéricos semianaliticos. Uma versão do método dos elementos discretos (LDEM) que é utilizada há mais de duas decadas pelo grupo de pesquisa no qual a tese foi desenvolvida também foi explorada do ponto de vista de seu comportamento elastodinâmico. A vantagem desta estratégia discreta consiste em permitir avaliar a ruptura e fragmentação em sólidos. Duas aplicações principais são realizadas com a utilização das ferramentas desenvolvidas: (i) a avaliação de uma tubulação composta empregada em instalações submarinas utilizando seu comportamento elastodinâmico para compreender seu comportamento num cenário de colapso, através da pressão de propapagação; (ii) um helicóide metálico é simulado empregando um modelo híbrido formado entre o método discreto e o método dos elementos finitos (FEM). Com este modelo um defeito se gera dentro da região do LDEM quando a estrutura é solicitada, simulando assim uma sucessão de eventos de emissão acústica até a ruptura da hélice. Por fim, se apresentam as conclusões acerca do tema e sugestões para o futuro da pesquisa.