Análise de sensibilidade à precisão dimensional de um provete de tração/compressão à escala meso

Abstract

O ensaio de tração uniaxial é amplamente utilizado para determinar as propriedades mecânicas de chapas metálicas. As dimensões dos provetes a serem utilizados em macro-escala são padronizadas. No entanto, no caso específico de chapas metálicas não é possível realizar ensaios com essas dimensões, devido à ocorrência de flambagem, caso sejam necessárias mudanças de trajetórias de deformação entre a tração e a compressão. De facto, a caracterização das chapas metálicas em tração e compressão uniaxial é essencial para avaliar se o material apresenta assimetria na resistência e/ou efeito de Bauschinger. Neste contexto, foi desenvolvido um equipamento que permite realizar ensaios com provetes de menores dimensões (meso-escala), i.e. permite utilizar um comprimento de referência menor e um maior controle do alinhamento do provete, para reduzir o efeito de flambagem. No entanto, o uso de provetes de menores dimensões levanta algumas questões relacionadas com a sensibilidade da curva tensão-deformação a pequenas variações dimensionais, inerentes ao processo de fabrico do provete, principalmente na espessura da chapa.O objetivo deste trabalho é realizar um estudo numérico sobre a influência de pequenos desvios na espessura da chapa na curva tensão-deformação. Foram adotadas duas abordagens para descrever a variação de espessura ao longo da área de referência. A primeira assume uma distribuição aleatória da espessura, impondo que esta siga uma distribuição normal, para a qual a média e o desvio padrão são conhecidos. A segunda assume uma distribuição sinusoidal, para a qual a média, a amplitude de variação e o comprimento de onda são conhecidos, de modo a que o desvio padrão também pode ser controlado. Foram realizadas simulações numéricas de ensaios de tração e compressão com provetes com a mesma espessura média, mas diferentes valores de desvio padrão. Além disso, foram considerados diferentes valores médios de espessura. Todas as simulações numéricas foram realizadas com o programa DD3IMP, assumindo o mesmo refinamento de malha no plano e na espessura da chapa, para avaliar a sensibilidade à variação da espessura. Os resultados mostram que a curva tensão-deformação, avaliada no centro do provete, é sensível a pequenas mudanças na distribuição de espessura ao longo da área de referência. De facto, desvios padrão mais elevados conduzem a menores valores de deslocamento da amarra para o início da estricção ou flambagem.

The uniaxial tensile test is widely used to determine the mechanical properties of metallic sheets. The dimensions of the specimens to be used at the macro-scale are standardized. However, in the specific case of metallic sheets it is not possible to carry out tests using those dimensions, due to the occurrence of buckling, if reverse strain paths changes between tension and compression are required. Indeed, the characterization of the metallic sheets under tension and compression is essential to assess whether the material presents strength differential effects and/or Bauschinger effect. In this context, an equipment was developed that allows to carry out tests with smaller specimens (meso-scale), i.e. allows using a smaller gauge length and a greater control of the specimen alignment to reduce the buckling effect. Nevertheless, the use of small specimens raises some issues related to the sensitivity of the assessed stress-strain curve to small dimensional variations, which are inherent to the specimen manufacturing process, particularly in the sheet thickness.The objective of this work is to perform a numerical study about the influence of small deviations in the sheet thickness on the assessed stress-strain curve. Two approaches are adopted to describe the thickness variation along the gauge area. The first assumes a random distribution of the thickness, imposing that globally it follows a normal distribution, for which the mean and the standard deviation are known. The second assumes a sinusoidal distribution, for which the mean, the amplitude of variation and the wavelength are known, such that the standard deviation can also be controlled. Numerical simulations of tensile and compression tests were performed considering specimens with the same mean thickness, but different values of standard deviation. Also, different mean thickness values were considered. All numerical simulations were performed with the in-house solver DD3IMP, assuming the same in-plane and through-thickness mesh refinement. The results show that stress-strain curve evaluated at the center of the specimen is sensitive to small changes in the thickness distribution along the gauge area. In fact, higher standard deviations lead to smaller values of grip displacement for the onset of necking or buckling.