O presente trabalho aplicou o Método dos Elementos de Contorno Dual em análises de propagação de múltiplas fissuras em domínios bidimensionais, não-homogêneos e compostos por materiais isotrópicos. Dentre as vantagens observadas do método na solução desse tipo de problema destacam-se: a definição automática do caminho de propagação no decorrer da análise; a discretização apenas do contorno da estrutura, que facilita o processo de remalhamento e de alteração do sistema de equações algébricas durante o crescimento das fissuras; e a precisa avaliação dos campos internos próximos às pontas, o que é fundamental para correta verificação da estabilidade à propagação. Problemas de fratura frágil, fadiga, fraturamento hidráulico e fratura coesiva foram abordados pelo modelo numérico desenvolvido. Para a avaliação da fratura em materiais frágeis foram utilizados os princípios da MFEL. No modelo numérico implementado, a estabilidade à propagação das pontas foi verificada a partir da comparação da tenacidade do material com a solicitação representada pelo valor do FIT equivalente. Esse valor, por sua vez, foi obtido pela combinação dos FIT dos modos I e II a partir critério da máxima tensão circunferencial. Esse critério também foi aplicado para a determinação da direção de crescimento das pontas. Os FIT dos modos básicos de solicitação no plano foram calculados pela técnica da integral J, que forneceu resultados precisos para os exemplos analisados. Para casos nos quais o caminho para determinação da integral J não pôde ser traçado sem interceptar algum elemento, a técnica correlação deslocamentos foi aplicada para a extração dos FIT da ponta. Para as situações envolvendo domínios não-homogêneos multifissurados, o fenômeno de coalescência e o cruzamento de fissuras com interfaces de materiais e com o contorno externo foram satisfatoriamente representados. Os resultados obtidos apresentaram boa correspondência com as referências encontradas na literatura, indicando a eficácia do código implementado.
A formulação para a análise de fratura em materiais frágeis foi estendida para a aplicação em problemas de fraturamento hidráulico. Para tanto, a técnica da integral J foi modificada para calcular os FIT considerando as faces de fissuras sujeitas a uma pressão hidrostática. Boa correspondência com valores de referência foi observada com o uso dessa técnica. Uma fase prévia de solução foi considerada para a introdução do estado inicial de tensão e de deformação na análise de fraturamento hidráulico. O modelo numérico
implementado, apesar das limitações, foi capaz de representar satisfatoriamente o comportamento de ensaios experimentais. Além disso, problemas envolvendo diferentes tipos de materiais e múltiplas fissuras, situações comuns de serem encontradas nos maciços de exploração sujeitos ao processo de fraturamento hidráulico, foram bem representados.
Com relação às análises de problemas de fadiga, um procedimento baseado na lei de Paris foi proposto para a estimativa da vida útil estruturas submetidas a carregamentos cíclicos. No processo de solução, a estrutura foi resolvida para cada uma das fases de carregamento. A propagação das pontas foi considerada quando a amplitude de variação do FIT equivalente, definido a partir do critério máxima tensão circunferencial, superou o valor limite do material. O referido critério também foi utilizado para a definição da direção de crescimento, que por sua vez está associada ao máximo valor do FIT equivalente determinado dentro de um ciclo de carregamento. O modelo numérico desenvolvido forneceu boas respostas para os exemplos simulados.
Para a análise de problemas de fratura em materiais quase-frágeis, o modelo de fissura fictícia foi utilizado. Esse modelo se adequa bem à aplicação em conjunto do MEC, pois restringe a não-linearidade física na ZPI às faces virtuais de fissura adicionadas. Três tipos de leis coesivas foram implementados para simular o comportamento da zona de degradação: linear, bilinear e exponencial. A solução do problema não-linear foi realizada via operador constante, um procedimento simples e que conduz a um grande número de iterações até a convergência. Todavia, conforme mostrado pelos exemplos, esse esquema fornece boas respostas. A propagação foi verificada a partir do estado de tensão nas pontas, obtido a partir da extrapolação das componentes de tensão de pontos internos definidos nas proximidades. Já a direção de crescimento foi determinada com base nos fundamentos da MFEL. Diferentes considerações sobre abertura transversal entre as faces de fissura fictícia foram adotadas. Resultados satisfatórios de problemas envolvendo o crescimento de fissuras em materiais quase-frágeis foram obtidos, incluindo a boa representação de problemas com múltiplos domínios e fissuras.
O modelo numérico implementado é robusto e eficaz na solução dos diversos tipos de problemas analisados neste trabalho. Existem, entretanto, algumas limitações. Dentre elas, destacam-se: o simples procedimento utilizado de verificação do contato entre as faces, baseado na abertura normal ao eixo da fissura em uma abordagem nó-nó. Além disso, admitiu-se o contato perfeito entre as faces quando fechadas; o contato perfeito também foi considerado para as interfaces entre os diferentes materiais componentes das estruturas não-homogêneas. Ademais, o fenômeno de delaminação da interface também não foi considerado; o esquema de
solução do problema não-linear leva a um grande número de iterações; por fim, o processo de solução do problema de fratura a partir do esquema incremental iterativo com controle de deslocamento ou força não permite a representação de instabilidades da estrutura, como o snap- back. Algumas melhorias e avanços que podem ser realizados neste estudo são destacados a seguir.