Tensões residuais de origem térmica em materiais compósitos de matriz metálica: modelação matemática e estudos numéricos.

Abstract

Apresenta-se o desenvolvimento de um modelo matemático tridimensional e o respectivo programa de simulação numérica. O objectivo é determinar os campos de tensões residuais, após arrefecimento, em materiais compósitos de matriz metálica (CMM). Enumeram-se conceitos tecnológicos relacionados com os CMMs referindo em particular os processos de fabrico, aplicações mais comuns e propriedades. Desenvolve-se um modelo de comportamento termoelástico para o reforço do CMM e outro termoelasto-viscoplástico para a matriz. Este último baseado em variáveis de estado internas e externas de modo a permitir modelar com exactidão os fenómenos de encruamento e restauração do material. O princípio das potências virtuais resultante é implementado recorrendo a uma formulação lagrangeana reactualizada e a um método de integração temporal semi-implícito. Com a formulação resultante desenvolve-se um programa de elementos finitos para simular numericamente os processos referidos. Implementa-se um algoritmo de controlo automático do tamanho do incremento de tempo de modo a optimizar as prestações de cálculo. Realizam-se testes numéricos de optimização dos algoritmos e dos esquemas de controlo desenvolvidos. Determinam-se valores ideais para os parâmetros definidores dos algoritmos referidos. Estudam-se as implicações de alguns parâmetros tecnológicos como a fracção volúmica de reforço, a velocidade de arrefecimento e a distribuição do reforço nas tensões residuais resultantes. Efectuam-se ensaios de validação do programa por comparação com resultados obtidos por outros autores. Palavras-chave: Compósitos de matriz metálica, elementos finitos, modelação matemática, tensões residuais, termoelasto-viscoplasticidade.