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Analysis of crack propagation in the wedge splitting test via digital image correlation and finite element analyses
dc.contributor.author | Maginador, Rafael Vargas | |
dc.date.accessioned | 2019-06-26T14:22:33Z | |
dc.date.available | 2019-06-26T14:22:33Z | |
dc.date.issued | 2019-02-19 | |
dc.identifier.citation | MAGINADOR, Rafael Vargas. Analysis of crack propagation in the wedge splitting test via digital image correlation and finite element analyses. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11465. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11465 | |
dc.description.abstract | Castable refractories are applied in dangerous environments in which it is unpractical to avoid crack initiation. Therefore, their microstructure is usually complex in order to hinder crack propagation by toughening mechanisms. One way to quantify such mechanisms is calculating the work of fracture via the so-called Wedge Splitting Test (WST), which allows for stable crack growth. However, this method is experimentally laborious and the usual result is only one parameter per test. The stability of the propagating crack leads to opportunities for additional analyses to better understand the fracture process. The present work focuses on extracting more information from one single WST. Parameters relevant to linear elastic fracture mechanics (i.e., crack tip positions during the propagation, stress intensity factors, and T-stress) and insight into the Fracture Process Zone (FPZ) described by various cohesive zone models were sought as well. Three different numerical methodologies are compared on the same experiment, namely integrated digital image correlation, and two finite element model updating methods. The first one uses analytical fields accounting for the presence of a crack in an elastic medium. The second and third ones consist in updating finite element models using cost functions on the displacement fields and on the experimental force, respectively. Slightly different crack tip positions were found by the three methods. Stress intensity factors and T-stresses were also calculated. Using cohesive elements, it was possible to further analyze the FPZ length, which was found not to be fully developed in the test studied herein. This result proves that the examined material has the ability of bridging rather long cracks. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | eng | eng |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Método da cunha | por |
dc.subject | Correlação de imagens digitais | por |
dc.subject | Atualização de modelo de elementos finitos | por |
dc.subject | Elementos coesivos | por |
dc.subject | Zona do processo de fratura | por |
dc.subject | Wedge splitting test | eng |
dc.subject | Digital image correlation | eng |
dc.subject | Finite element model updating | eng |
dc.subject | Crack propagation | eng |
dc.subject | Cohesive elements | eng |
dc.subject | Fracture process zone | eng |
dc.title | Analysis of crack propagation in the wedge splitting test via digital image correlation and finite element analyses | eng |
dc.title.alternative | Análise da propagação de trincas no método da cunha via correlação de imagens digitais e análise de elementos finitos | por |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Canto, Rodrigo Bresciani | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1316268411830615 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Rodrigues, José de Anchieta | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4000441989868775 | por |
dc.description.resumo | Concretos refratários são utilizados em ambientes com alta periculosidade nos quais é inviável impedir a iniciação de trincas. No entanto, sua microestrutura é usualmente complexa de forma a dificultar a propagação de trincas por mecanismos de tenacificação. Uma maneira de quantificá-los é calculando a energia de fratura através do método da cunha, que permite uma propagação estável de trincas. Entretanto, este método é trabalhoso e geralmente resulta em apenas um parâmetro por teste. A estabilidade da propagação da trinca permite análises adicionais para melhor compreensão do processo de fratura. O foco do presente trabalho é na extração de mais informações de um único teste pelo método da cunha. Parâmetros relevantes para a mecânica da fratura linear elástica (i.e., posição da ponta da trinca durante a propagação, fatores de intensidade de tensão e a tensão T) e uma melhor compreensão sobre a região de processo de fratura descrita por vários modelos de zona coesiva também foram investigados. Três diferentes metodologias numéricas são comparadas para o mesmo experimento, sendo elas a correlação de imagens integrada, e dois métodos de atualização de modelo de elementos finitos. A primeira usa campos analíticos que consideram a presença de uma trinca em um meio elástico. A segunda e a terceira consistem na atualização de modelos de elementos finitos com funções erro baseadas nos campos de deslocamentos e na carga medida no experimento, respectivamente. Posições de ponta de trinca ligeiramente diferentes foram encontradas pelos três métodos. Fatores de intensidade de tensões e tensões T também foram calculadas. O uso de elementos coesivos permitiu uma análise sobre o tamanho da região do processo de fratura, o qual não estava totalmente desenvolvido no experimento aqui analisado. Este resultado prova que o material examinado tem a habilidade de tenacificação pelo mecanismo de bridging e com trincas consideravelmente longas. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq: 132573/2017-2 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2017/05678-6 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2017/20911-9 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/4485604063377342 | por |