Modelagem computacional para análise de elementos estruturais utilizando compósitos cimentícios na impressão 3D

dc.contributor.advisorMartinelli, Antônio Eduardo
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-3885-9104pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0022988322449627pt_BR
dc.contributor.authorNóbrega, Anna Christinna Secundo Lopes
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2037302605078322pt_BR
dc.contributor.referees1Silva Filho, José Neres da
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0915972389480304pt_BR
dc.contributor.referees2Cabral, Kleber Cavalcanti
dc.contributor.referees3Bezerra, Ulisses Targino
dc.contributor.referees4Souza, Wendell Rossine Medeiros de
dc.date.accessioned2024-08-22T19:06:06Z
dc.date.available2024-08-22T19:06:06Z
dc.date.issued2024-06-07
dc.description.abstractThe construction industry has been incorporating 3D printing as an innovative technology. However, there are still challenges involving the complexity of the necessary parameters, such as the geometric characteristics, strength, and rigidity of the printed objects. In this way, this study proposes a new tridimensional computational modeling for dimensioning 3D printed structures. The model is based on the physical non-linearity of the material and the geometric non-linearity of the structure. It consists of a numerical reproduction of an experimental test using finite elements and considers the material properties evolution over time through construction phases. The printing speed is 60 mm/s and the time interval between layers of 11 s. Allied to this, an analytical model is also proposed to verify the failure type of the structural element - plastic collapse or buckling. The results obtained revealed good agreement with those from experimental tests and consolidated theoretical formulation, being the differences between computational and theoretical methods 0.58% to 3.38% for different building rates. In terms of vertical normal stress at the base of the walls, the maximum percentage variation between the models is of 5.22%, and in terms of vertical displacements, variations are smaller than 1 mm in absolute values. The computational model successfully predicted the failure moment of the structure, and the analytical model correctly revealed the type of failure. The parametric analyses showed that the proposed model is an accessible, effective, and accurate tool to reveal the effects of printing speed, material properties and structure geometry in the printing process.pt_BR
dc.description.resumoA indústria da construção civil vem incorporando a impressão 3D como uma tecnologia inovadora. Porém, ainda existem desafios envolvendo a complexidade dos parâmetros necessários, como as características geométricas, a resistência e a rigidez dos objetos impressos. Desta forma, este estudo propõe uma nova modelagem computacional tridimensional para dimensionamento de estruturas impressas em 3D. O modelo é baseado na não linearidade física do material e na não linearidade geométrica da estrutura. Ele consiste na reprodução numérica de um ensaio experimental utilizando elementos finitos, e leva em consideração a evolução das propriedades do material com o tempo por meio de fases construtivas. A velocidade de impressão é de 60 mm/s e o intervalo de tempo entre camadas de 11 s. Aliado a isso, também é proposto um modelo analítico para verificar o tipo de falha do elemento estrutural – colapso plástico ou flambagem. Os resultados obtidos revelaram boa concordância com os de testes experimentais e formulação teórica consolidada, sendo as diferenças entre os métodos computacionais e teóricos de 0,58% a 3,38% para diferentes taxas de construção. Em termos de tensão normal vertical na base das paredes, a variação percentual máxima entre os modelos é de 5,22%, e em termos de deslocamentos verticais, as variações são menores que 1 mm em valores absolutos. O modelo computacional conseguiu prever com sucesso o momento de ruptura da estrutura e o modelo analítico revelou corretamente o tipo de falha. As análises paramétricas mostraram que o modelo proposto é uma ferramenta acessível, eficaz e precisa para revelar os efeitos da velocidade de impressão, das propriedades do material e da geometria da estrutura no processo de impressão.pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationNÓBREGA, Anna Christinna Secundo Lopes. Modelagem computacional para análise de elementos estruturais utilizando compósitos cimentícios na impressão 3D. Orientador: Dr. Antônio Eduardo Martinelli. 2024. 103f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/59790
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectManufatura aditivapt_BR
dc.subjectAnálise não linearpt_BR
dc.subjectSimulação numéricapt_BR
dc.subjectElementos finitospt_BR
dc.subjectCompósitos cimentíciospt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleModelagem computacional para análise de elementos estruturais utilizando compósitos cimentícios na impressão 3Dpt_BR
dc.title.alternativeComputational modeling for structural elements analysis using cement composites in 3D printingpt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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