Determinação de Curvas de Tracção de Materiais Heterogéneos

Abstract

Este trabalho centra-se na análise do comportamento mecânico em tracção de provetes de materiais heterogéneos, desenvolvendo-se e testando-se uma metodologia para determinação de curvas de tracção locais desses materiais. Baseia-se em resultados obtidos por simulação numérica de ensaios de tracção de materiais heterogéneos fictícios, com propriedades plásticas variáveis de região para região, até ao máximo de 5 regiões, ao longo do comprimento do provete.

O modelo seleccionado para descrever o comportamento elasto-plástico dos materiais fictícios considera que o comportamento elástico do material é descrito pela lei de Hooke, a lei de encruamento utilizada é a de Swift e o critério de plasticidade utilizado é o critério isotrópico de von Mises. Consideram-se diferentes parâmetros para descrever o comportamento plástico dos materiais de cada região incluída nos provetes em estudo, de modo a considerar diferentes níveis de heterogeneidade das propriedades mecânicas e regiões distintas em número e dimensão. As simulações numéricas do ensaio de tracção são realizadas com o programa de elementos finitos tridimensional DD3IMP, desenvolvido para simular o processo de conformação plástica de chapas metálicas, entre outros.

A análise dos resultados obtidos com provetes de tracção heterogéneos compostos por diversos materiais fictícios, nomeadamente no que diz respeito à evolução das cargas em função do deslocamento e das trajectórias locais de deformação durante o ensaio, permitiu testar uma metodologia para determinação das curvas de tracção locais e proceder à respectiva validação numérica, assim como estudar as suas potencialidades e limitações. A validação numérica da metodologia proposta consistiu na comparação das curvas de tracção locais assim obtidas com as pré-definidas como dados de entrada no programa de simulação.

This work focuses on the analysis of the mechanical behavior in uniaxial tension of samples of heterogeneous materials, leading to the development and testing of a methodology for determining local tensile curves of these materials. It is based on results obtained from the numerical simulation of tensile tests of fictitious heterogeneous materials, with plastic properties varying from region to region, with a maximum of five regions, along the specimen length.

The model chosen to describe the elastic-plastic behavior of the fictitious materials considers that the elastic behavior is described by the Hooke's Law, the isotropic hardening is described by the Swift law and that the yield criterion used is the von Mises isotropic criterion. Different parameters are used to describe the plastic behavior of the materials in each region of the specimen understudy, in order to analyze different levels of heterogeneity of mechanical properties and number and size of each region. The numerical simulations of the tensile test are performed with the three-dimensional finite element program DD3IMP, developed to simulate sheet metal forming processes, among others.

The analysis of the results obtained for different tensile specimens, considering several fictitious heterogeneous materials, namely the force evolution with the displacement and the evolution of the local strain paths during the test, allowed to test a methodology for determining the local tensile curves and to perform its numerical validation, identifying its potentialities and limitations. The numerical validation consists in comparing the local tensile curves, obtained through the proposed methodology, with the ones pre-defined as input data to the simulation program.