Predictions of J integral and tensile strength of clay/epoxy nanocomposites material using phase field model

We predict macroscopic fracture related material parameters of fully exfoliated clay/epoxy nano- composites based on their fine scale features. Fracture is modeled by a phase field approach which is implemented as user subroutines UEL and UMAT in the commercial finite element software Abaqus. The phase field model replaces the sharp discontinuities with a scalar damage field representing the diffuse crack topology through controlling the amount of diffusion by a regularization parameter. Two different constitutive models for the matrix and the clay platelets are used; the nonlinear coupled system con- sisting of the equilibrium equation and a diffusion-type equation governing the phase field evolution are solved via a NewtoneRaphson approach. In order to predict the tensile strength and fracture toughness of the clay/epoxy composites we evaluated the J integral for different specimens with varying cracks. The effect of different geometry and material parameters, such as the clay weight ratio (wt.%) and the aspect ratio of clay platelets are studied.

Finite-strain laminates: Bending-enhanced hexahedron and delamination

With a new finite strain anisotropic framework, we introduce a unified approach for constitutive model- ing and delamination of composites. We describe a finite-strain semi-implicit integration algorithm and the application to assumed-strain hexahedra. In a laminate composite, the laminae are modeled by an anisotropic Kirchhoff/Saint-Venant material and the interfaces are modeled by the exponential cohesive law with intrinsic characteristic length and the criterion by Benzeggagh and Kenane for the equivalent fracture toughness. For the element formulation, a weighted least-squares algorithm is used to calculate the mixed strain. Löwdin frames are used to model orthotropic materials without the added task of per- forming a polar decomposition or empirical frames. To assess the validity of our proposals and inspect step and mesh size dependence, a least-squares based hexahedral element is implemented and tested in depth in both deformation and delamination examples.

A staggered approach for the coupling of Cahn–Hilliard type diffusion and finite strain elasticity

We develop an algorithm and computational implementation for simulation of problems that combine Cahn–Hilliard type diffusion with finite strain elasticity. We have in mind applications such as the electro-chemo- mechanics of lithium ion (Li-ion) batteries. We concentrate on basic computational aspects. A staggered algorithm is pro- posed for the coupled multi-field model. For the diffusion problem, the fourth order differential equation is replaced by a system of second order equations to deal with the issue of the regularity required for the approximation spaces. Low order finite elements are used for discretization in space of the involved fields (displacement, concentration, nonlocal concentration). Three (both 2D and 3D) extensively worked numerical examples show the capabilities of our approach for the representation of (i) phase separation, (ii) the effect of concentration in deformation and stress, (iii) the effect of Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1007/s00466-015-1235-1) contains supplementary material, which is available to authorized users. B P. Areias pmaa@uevora.pt 1 Department of Physics, University of Évora, Colégio Luís António Verney, Rua Romão Ramalho, 59, 7002-554 Évora, Portugal 2 ICIST, Lisbon, Portugal 3 School of Engineering, Universidad de Cuenca, Av. 12 de Abril s/n. 01-01-168, Cuenca, Ecuador 4 Institute of Structural Mechanics, Bauhaus-University Weimar, Marienstraße 15, 99423 Weimar, Germany strain in concentration, and (iv) lithiation. We analyze con- vergence with respect to spatial and time discretization and found that very good results are achievable using both a stag- gered scheme and approximated strain interpolation.

Least-squares finite strain hexahedral element/constitutive coupling based on parametrized configurations and the Löwdin frame

Two novelties are introduced: (i) a finite-strain semi-implicit integration algorithm compatible with current element technologies and (ii) the application to assumed-strain hexahedra. The Löwdin algo- rithm is adopted to obtain evolving frames applicable to finite strain anisotropy and a weighted least- squares algorithm is used to determine the mixed strain. Löwdin frames are very convenient to model anisotropic materials. Weighted least-squares circumvent the use of internal degrees-of-freedom. Het- erogeneity of element technologies introduce apparently incompatible constitutive requirements. Assumed-strain and enhanced strain elements can be either formulated in terms of the deformation gradient or the Green–Lagrange strain, many of the high-performance shell formulations are corotational and constitutive constraints (such as incompressibility, plane stress and zero normal stress in shells) also depend on specific element formulations. We propose a unified integration algorithm compatible with possibly all element technologies. To assess its validity, a least-squares based hexahedral element is implemented and tested in depth. Basic linear problems as well as 5 finite-strain examples are inspected for correctness and competitive accuracy.

A non-ordinary state-based peridynamics formulation for thermoplastic fracture

In this study, a three-dimensional (3D) non-ordinary state-based peridynamics (NOSB-PD) formulation for thermomechanical brittle and ductile fracture is presented. The Johnson–Cook (JC) constitutive and damage model is used to taken into account plastic hardening, thermal softening and fracture. The for- mulation is validated by considering two benchmark examples: 1) The Taylor-bar impact and 2) the Kalthoff– Winkler tests. The results show good agreements between the numerical simulations and the experimental results.

POTENCIAL TURÍSTICO DO MUNICÍPIO DE SANTO AMARO DO MARANHÃO-ESTADO DO MARANHÃO-BRASIL.

O potencial turístico de um lugar deve-se, sobretudo, aos seus aspectos paisagísticos, sendo viável a prática do ecoturismo sustentável. O Estado do Maranhão apresenta diversos ecossistemas dentre os quais se encontram: áreas de floresta com característica amazônica, cerrado, campos inundáveis, manguezais, praias e sistema de dunas. A área de estudo é o município de Santo Amaro do Maranhão que se situa na Mesorregião Norte Maranhense e Microrregião dos Lençóis Maranhenses, compreendendo a área do Parque Nacional dos Lençóis Maranhenses. O objetivo deste trabalho é analisar os elementos naturais que proporcionam a condição de pólo turístico regional para a cidade. A zona dos Lençóis Maranhenses é composta por superfícies formadas de depósitos eólicos e aluviões marinhas, de idade Quaternária. O desenvolvimento da pesquisa foi pautado nos métodos dedutivo, que subsidiou as pesquisas de gabinete, e o método indutivo, utilizado como base na observação da paisagem e dos fenômenos locais, auxiliado pelo método fenomenológico e em na realização do trabalho foram adotados como procedimentos metodológicos: levantamento e análise da bibliografia, atividades de campo envolvendo reconhecimento, registro fotográfico, mensuração de dados e realização de entrevistas com os moradores. Os resultados indicam que o turismo acarreta impactos ambientais negativos, representados pelo uso indevido do rio Alegre, dos lagos e dos campos de dunas. Na sede do município, o crescimento das construções civis em locais impróprios atrelados a especulação imobiliária, torna essencial a intervenção do poder público com políticas de desenvolvimento do turismo sustentável como instrumento de melhoria das condições de vida da população sem prejudicar, de forma significante, o meio natural.

O MANGUEZAL E A SOCIEDADE PERNAMBUCANA-BRASIL

Do litoral ao Sertão, o estado brasileiro de Pernambuco teve sua formação territorial relacionada diretamente com a exploração europeia a partir da costa Atlântica Americana. Costa esta tropical, habitada pelos povos indígenas adaptados a floresta. O ecossistema manguezal vai se adaptar nos estuários. Este, além de permitir um ambiente impar, a transição entre dois grandes sistemas, o continental e o oceânico, é raso, têm correntezas dos rios e marés, temperatura alta, solos instáveis com lama de silte e areias quartzosas. Estas particularidades fazem com que as espécies dos manguezais apresentem adaptações específicas. Enquanto as espécies oceânicas e continentais visitam estes sistemas para acasalamento ou berçário. A partir da ocupação portuguesa sobre as colinas dá-se início a vila de Olinda. Nas planícies costeiras ocorre a derrubada da floresta, para implantação da monocultura da cana-de-açúcar. Com a presença holandesa em 1630, Olinda é queimada. Portuguesa, católica e servindo à estratégia de Portugal, logo é destruída. Inicia-se a construção da vila dos Arrecifes, capital do domínio holandês tropical, calvinista, a cidade do conde Maurício de Nassau. Ocupa-se outra geografia, os holandeses dominadores do mar, ocupam os manguezais, com aterros, drenagens, constroem pontes, palácios, sinagoga, observatórios astronômicos. Mandam artistas como Frans Post e Eckalt que pintam o Novo Continente. Na retomada do Recife pelos portugueses em 1654, a capital volta para Olinda até a Guerra dos Mascates 1710. Hoje temos um cenário de litoral de grande expansão das atividades humanas sobre o manguezal em Pernambuco. Os aterros são constantes, e ocorre acelerada expansão urbana como: condomínios, estradas, indústrias, portos, esgotos sanitários e lixo. Em todo Estado ocorre degradação nos manguezais o que provoca um descontrole na teia alimentar, inclusive na humana, que em grandes comunidades sobrevivem dos nutrientes pescados nos manguezais.

AS CAUSAS E CONSEQUÊNCIAS DO IMPACTO SOCIOAMBIENTAL NO RIO CAUAMÉ – PRAIA DA PONTE, CURUPIRA, POLAR E CAÇARI

As questões que envolvem impactos sócio-ambientais devem ser discutidas e analisadas detalhadamente em todos os níveis da sociedade. Neste contexto, este artigo faz um diagnóstico das causas e conseqüências da urbanização e da presença maciça de banhistas no Rio Cauamé, analisando os trechos de maior incidência antrópica, fazendo um comparativo de impacto, risco e qualidade da água entre eles. Como metodologia utilizou-se o método dedutivo, com pesquisa quantitativa e qualitativa baseando-se em questionários aplicados à comunidade que reside próximo à área de estudo e aos banhistas que freqüentam o Rio Cauamé. Para avaliar as características da água, sedimentos, tipo de ocupação das margens, erosão e assoreamento, extensão da mata ciliar, cobertura vegetal, largura, estado de conservação e a balneabilidade nas praias do Rio Cauamé, foi utilizado o Protocolo de Avaliação Rápida de Callisto et al. (2002) e análises de laboratório. Este estudo mostra que o Rio Cauamé sofre conseqüências sócio-ambientais decorrentes do processo de urbanização ao longo do seu percurso; nos trechos com maior incidência antrópica, maiores são os impactos gerados.

Avaliação da efetividade do programa cisterna a partir da abordagem dos meios de vida.

Resumo: Este estudo objetivou analisar a efetividade do Programa Cisternas utilizando abordagens teóricas orientadas aos atores, a partir do desenvolvimento de novas práticas sociais implementadas pelos agricultores beneficiários do Programa para a convivência com o Semiárido brasileiro. Elaborou-se um estudo de caso selecionando a Comunidade Sítios Areias, localizada no município de Sobral (CE). A coleta de dados foi realizada com a aplicação de questionários às famílias beneficiadas pelo Programa. O marco teórico utilizado foi a teoria da Abordagem dos Meios de Vida para caracterizar a efetividade do programa e compreender o processo de mudança social. Constatou-se que o Programa apesar de utilizar os preceitos do paradigma de desenvolvimento sustentável para a sua implantação, não possibilitou a efetividade do programa em promover modificações das práticas sociais, não revertendo a estratégia de migração das famílias, ocasionada pelo processo de desativação dos beneficiários com a agricultura. A implementação do programa não conseguiu combater a pobreza rural, mesmo proporcionando o acesso à água as famílias. Concluiu-se que a forma de intervenção exigia uma nova dinâmica para o Semiárido, bem mais complexa do que simplesmente a construção de tecnologias sociais de captação de água. Recomenda-se políticas integradas e que contribuam para a melhoria dos meios de vida das famílias, mas que também ensejem seu protagonismo e o fortalecimento de sua autonomia frente às adversidades climáticas frequentes da região. [Evaluation of the effectiveness of the Cisterns Programe according to the Sustainable Livelihood Approach]. Abstract: This study was carried out in order to analyze the effectiveness of the Cisterns Program according to the new social practices implemented by the family farmers in order to survive and live in the adverse environment of the Brazilian semiarid. The empirical space chosen was the Municipality of Sobral (CE) and the case study was the Community Areia Branca. Data was collected on all the families benefited from the Cisterns Program. The analytical theoretical framework used was the Sustainable Livelihood Approach to characterize the effectiveness of the program and the process of social change. It was found that despite using the concepts of sustainable development paradigm in the implementation of Cisterns Program, the program was not effective in promoting social changes or to reserve the migration practice as well, which is a family strategy due to deactivation of agricultural activities. The implementation of the program failed to combat rural poverty other than providing access to water. The form of intervention in the semiarid requires a new dynamic approach, which is far more complex than simply building social technologies for water storage. In order to fight poverty in the region, it is necessary to implement integrated policies able to improve life style and bring about changes in order to empower and give autonomy to the families helping them to face the adverse climatic conditions typical of the region.