Estratégias computacionais para introdução de heterogeneidade material em modelos do Método dos Elementos Finitos

Em uma escala suficientemente pequena todos os materiais são heterogêneos e essa não homogeneidade do meio pode ser interpretada como causa de complexos comportamentos mecânicos de uma vasta gama de materiais de engenharia, fenômenos estes que podem variar de uma simples indução de concentração de tensões à acentuação da danificação do meio. No caso de materiais frágeis e parcialmente frágeis, por exemplo, é diretamente responsável pela resposta não linear obtida. Já em meios lineares (ou elastoplásticos) pode distorcer totalmente a distribuição dos campos internos do domínio, induzindo regiões com maior concentração de deformações. Dessa forma, justifica-se um estudo focado na capacidade de introdução dessa característica material na análise numérica, quer seja no desenvolvimento de estratégias computacionais apropriadas para tal, quer seja na avaliação aprofundada dos métodos numéricos utilizados. A introdução da heterogeneidade em um modelo simples do Método dos Elementos Finitos (MEF) pode ser explícita, com modelagem da morfologia da mesoescala interna do material, valendo-se de algoritmos específicos de distribuição de partículas, ou implícita, com a atribuição aleatória das propriedades materiais ao longo de todo o domínio. Esse artigo tem como objetivo discutir a influência da heterogeneidade material em análises via Método dos Elementos Finitos, nas quais as abordagens anteriormente referidas para incorporação da não homogeneidade do meio são integradas aos experimentos numéricos através de distintas estratégias computacionais. Exemplos bidimensionais em estado plano são apresentados. Destaque é dado a diferentes tratamentos para as malhas, registrando-se uma discussão sobre o desempenho de cada um deles. O trabalho foi desenvolvido no sistema INSANE (INteractive Structural Analysis Environment), um software livre desenvolvido na Universidade Federal de Minas Gerais.