Avaliação de estratégias para a simulação de fibras de aço dispersas em matriz cimentícia via programa comercial de elementos finitos

dc.contributor.advisor-co1Albuquerque, Arthur Álax de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3634600494502473
dc.contributor.advisor1Araújo, Daniel de Lima
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8801080897723883br/7295306901736518
dc.contributor.referee1Sousa, Alex Micael Dantas de
dc.contributor.referee2Del Prado, Zenon Jose Guzman
dc.contributor.referee3Pereira Junior, Wanderlei Malaquias
dc.contributor.referee4Benedetti, Kaio Cesar Borges
dc.creatorBorges, Lucca Rosa Parreira
dc.date.accessioned2026-04-24T19:01:19Z
dc.date.available2026-04-24T19:01:19Z
dc.date.issued2026-02-26
dc.description.abstractAdvances in research on Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) aim to enhance the understanding of its mechanical behavior under flexural and shear loading. In this context, numerical modeling based on the Finite Element Method (FEM) has become an essential tool. The literature identifies two main approaches: homogenization of the composite constitutive law and discrete modeling, in which individual fibers are explicitly represented and embedded within the cementitious matrix. Although the discrete approach enables a detailed description of fiber–matrix interactions, it presents significant challenges due to the large number of degrees of freedom and the inherent physical nonlinearities, leading to high computational costs. This study proposes a numerical strategy for simulating SFRC structures using the commercial software DIANA FEA®. To facilitate the analysis, an algorithm available in literature was modified to generate a random distribution of fibers in two- and three-dimensional domains. The investigation focused on the structural response under direct tension, flexure, and combined flexure–shear loading. It was observed that the native interface models available in the software were unable to adequately capture the degradation of composite strength associated with fiber pull-out. As an alternative, an indirect representation of the bond–slip behavior was implemented through modifications to the steel constitutive law. Furthermore, allowing fiber intersection during model generation resulted in post-peak responses that were more consistent with experimental observations. The results indicate that the proposed discrete modeling approach, when properly calibrated, is capable of accurately predicting the macroscopic behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete.eng
dc.description.resumoO avanço nas pesquisas sobre o Concreto Reforçado com Fibras de Aço (CRFA) busca consolidar a compreensão do seu comportamento mecânico sob solicitações de flexão e cisalhamento. Neste contexto, a modelagem numérica via Método dos Elementos Finitos (MEF) apresenta-se como uma ferramenta essencial. A literatura aponta duas abordagens principais: a homogeneização da lei constitutiva do compósito e a modelagem discreta, na qual as fibras são representadas individualmente e incorporadas à matriz cimentícia por meio de técnicas de embutimento. Embora a estratégia discreta permita uma análise detalhada da interação fibra-matriz, ela impõe diversos desafios devido ao elevado número de graus de liberdade e às não linearidades físicas envolvidas, resultando em alto custo computacional. Este trabalho propõe uma estratégia para a simulação de estruturas de CRFA utilizando o programa comercial DIANA FEA®. Para viabilizar a análise, foi modificado um algoritmo disponível na literatura para a distribuição aleatória de fibras em domínios bi e tridimensionais. A investigação concentrou-se na resposta de elementos sob tração direta, flexão e flexão com esforço cortante. Verificou-se que os modelos de interface nativos do programa foram ineficazes em capturar a perda de resistência do compósito durante o arrancamento da fibra. Como solução, foi adotada uma estratégia de representação indireta da aderência-deslizamento via modificação da lei constitutiva do aço. Adicionalmente, observou-se que permitir a interseção entre fibras durante a geração do modelo computacional resultou em um comportamento pós-pico mais condizente com os dados experimentais. Osresultados demonstram que a abordagem discreta adotada, quando devidamente calibrada, é capaz de prever com precisão o comportamento macroscópico do Concreto Reforçado com Fibras de Aço.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.identifier.citationBORGES, Lucca Rosa Parreira. Avaliação de estratégias para a simulação de fibras de aço dispersas em matriz cimentícia via programa comercial de elementos finitoss. 2026. [119] f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15290
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Civil e Ambiental - EECA (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil (EEC)
dc.rightsAcesso Embargado
dc.subjectModelagem computacionalpor
dc.subjectConcreto reforçado com fibraspor
dc.subjectElementos finitospor
dc.subjectAnálise não-linearpor
dc.subjectInteração fibra-matrizpor
dc.subjectComputational modelingeng
dc.subjectFiber-reinforced concreteeng
dc.subjectFinite elementseng
dc.subjectNonlinear analysiseng
dc.subjectFiber–matrix interactioneng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.titleAvaliação de estratégias para a simulação de fibras de aço dispersas em matriz cimentícia via programa comercial de elementos finitos
dc.title.alternativeEvaluation of strategies for the simulation of dispersed steel fibers in a cementitious matrix using a commercial finite element programeng
dc.typeDissertação

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