Identificação da Anisotropia de Chapas Metálicas com Recurso a Ensaios Mecânicos Simples

Abstract

A descrição do comportamento plástico das chapas metálicas, tendo em vista a simulação numérica do processo de estampagem, é realizada recorrendo a modelos constitutivos que foram desenvolvidos para prever o início e a evolução da deformação plástica de materiais submetidos a estados de tensão. Tais modelos são geralmente combinações dos seguintes componentes: (i) um critério de plasticidade que descreve a superfície de plasticidade do material no espaço multidimensional das tensões, no início e a qualquer momento da deformação plástica; (ii) leis encruamento que expressam a evolução da superfície de plasticidade durante a deformação plástica. Neste contexto, a identificação de parâmetros constitutivos centrada no desenvolvimento de estratégias de fácil implementação, que combinem as melhores características das estratégias clássicas e inversas, é um assunto de interesse industrial atual.Este trabalho envolve a identificação dos parâmetros de critérios de plasticidade, desde os mais simples aos mais complexos, isto é, com maior número de parâmetros a identificar, e como tal com maior flexibilidade na descrição do comportamento plástico de metais. Mais especificamente, é proposta uma metodologia de identificação de parâmetros de critérios de plasticidade de fácil utilização, que pressupõe o conhecimento prévio da lei de encruamento isotrópico, determinada a partir do ensaio de tração biaxial sob pressão de óleo, por exemplo. A abordagem utilizada na identificação de parâmetros baseia-se na minimização de funções objetivo que expressam a diferença entre resultados previstos analiticamente e experimentais.A implementação e otimização da estratégia de identificação teve em conta o número e o tipo de ensaios mecânicos, e pode ser aplicada em sequência a vários critérios de plasticidade. No essencial, recorre a ensaios de tração a diversos ângulos no plano da chapa, e utiliza os resultados das curvas tensão – deformação plástica e dos coeficientes de anisotropia; curvas tensão – deformação plástica obtidas em corte são também utilizadas. As análises realizadas incidiram na identificação de parâmetros de vários critérios de plasticidade (Hill’48; Drucker+L; Yld’91), de materiais cujo encruamento é descrito pelas leis de Swift e Voce. Especial atenção foi dada à escolha do critério de plasticidade que melhor descreve o comportamento anisotrópico do material, tendo em conta a comparação entre funções objetivo.

The description of the plastic behaviour of the sheet metals, in view of the numerical simulation of the sheet metal forming process, is carried out using constitutive models that were developed to predict the onset and the evolution of the plastic deformation of materials under stress conditions. Such models are usually combinations of the following components: (i) a plasticity criterion describing the yield surface of the material in the multidimensional stress space at the beginning and at any time of the plastic deformation; (ii) hardening laws that express the yield surface evolution during plastic deformation. In this context, the identification of constitutive parameters focused on the development of easy-to-implement strategies, combining the best features of classic and inverse strategies, is a matter of current industrial interest.This work involves the identification of parameters of yield criteria, from the simplest to the most complex, i.e. with larger number of parameters to be identified, and therefore with greater flexibility in the plastic behaviour description of metals. More specifically, an easy-to-use methodology for the identification of yield criteria parameters is proposed, which assumes the previous knowledge of the isotropic hardening law, determined from the bulge test for example. The approach used in the parameters identification is based on the minimization of objective functions that express the difference between analytically predicted and experimental results.The implementation and optimization of the identification strategy took into account the number and type of mechanical tests, and it can be applied in sequence to various yield criteria. Essentially, it resorts to tensile tests at various angles in the sheet plane, and uses the results of the stress - plastic strain curves and the respective anisotropy coefficients; shear stress - plastic strain curves were also used. The analyses were focused on the identification of several yield criteria parameters (Hill'48; Drucker + L; Yld'91) of materials whose hardening is described by Swift and Voce laws. Special attention was given to the choice of yield criterion that best describes the anisotropic behaviour of the material, taking into account the comparison between objective functions.