Previsão da fratura dúctil com recurso a modelos de dano desacoplados

Abstract

No panorama tecnológico atual os materiais de elevada resistência têm ganho um lugar de destaque, sendo cada vez mais empregues a nível industrial. Contudo, esta vantagem em relação a outros materiais é conseguida à custa da redução de ductilidade. Neste contexto, surgem desafios acrescidos em termos da conceção dos produtos, na medida em que existem limitações no processo de conformação plástica do material. Desta forma torna-se imprescindível que, em processos como a estampagem de chapas metálicas, se consiga prever a fratura dúctil do material, para que seja possível desenvolver processos de fabrico que minimizem a ocorrência deste tipo de defeitos. Consequentemente, é essencial ter noção do dano acumulado pelo material durante o processo de conformação, uma vez que este determina as propriedades mecânicas em fases de conformação subsequentes e mesmo em serviço. Assim, na simulação numérica de processos de conformação de materiais metálicos com o Método dos Elementos Finitos recorre-se a modelos de dano para efetuar a previsão da fratura dúctil. Esta ocorre quando a variável utilizada para quantificar a acumulação do dano atinge um valor crítico. O objetivo desta dissertação é melhorar o conhecimento acerca dos modelos de dano desacoplados, através de uma análise numérica com o Método dos Elementos Finitos, recorrendo ao solver DD3IMP. Para tal, foram estudados dois modelos de dano distintos: o modelo proposto por Bao (2003) e o modelo proposto por Xue (2007). Numa primeira fase, a implementação destes modelos no DD3IMP foi validada com base em resultados conhecidos, ou seja, reproduziram-se resultados apresentados na literatura. Para o modelo proposto por Bao (2003) foi analisada uma liga Al-Si, obtida por fundição. Globalmente, os resultados obtidos com o DD3IMP mostraram uma excelente correlação com os resultados numéricos apresentados na literatura, exceto para o deslocamento à fratura, que foi sempre sobrestimado quando a força é subestimada. Para o modelo proposto por Xue (2007) foi analisada uma liga de alumínio 2024-T351. Também neste caso observou-se uma boa correlação com os valores experimentais disponíveis na literatura. Numa segunda fase, efetuou-se a calibração dos parâmetros dos dois modelos de dano para um aço DP780, com base em resultados numérico-experimentais de Roth e Mohr (2016). O procedimento de calibração proposto recorre necessariamente a uma abordagem numérico-experimental para caracterizar o estado de tensão que conduz à fratura dúctil, em cada ensaio. Constatou-se que a discretização espacial adotada nos modelos numéricos dos ensaios mecânicos selecionados para a calibração pode condicionar este processo, uma vez que influência os valores previstos para as grandezas que caracterizam o estado de tensão (triaxialidade, pressão hidrostática e ângulo de Lode). Por outro lado, estas grandezas não apresentam valores constantes, mesmo para ensaios que foram construídos com esse objetivo. Nestas circunstâncias será necessário recorrer a metodologias de análise inversa para calibração dos parâmetros, caso contrário os valores de deformação plástica equivalente na fratura previstos numericamente apresentam discrepâncias consideráveis em relação às curvas ou superfícies de fratura calibradas para os modelos de dano.