Estudo do comportamento elastoplástico de materiais dúcteis : experimentação e modelagem

Abstract

A formulação de modelos constitutivos que descrevem melhor o comportamento mecânico de materiais dúcteis é uma problemática relevante. A necessidade de uma teoria cada vez mais precisa para a fratura dúctil é um enfoque de grande importância para os setores de alto desempenho da indústria, o que desperta interesse de pesquisa tanto no ramo acadêmico quanto profissional. Neste sentido, o trabalho visa estudar o comportamento elastoplástico dos materiais dúcteis, inicialmente sobre uma formulação simplificada, por meio de um modelo unidimensional, posteriormente um modelo que incorpore os efeitos tridimensionais baseado no critério de escoamento de von Mises. O material de estudo para o presente Projeto de Graduação foi a liga de alumínio 6101 em diferentes estados de tensão. A fim de se obter diferentes níveis de tensão de triaxialidade e terceiro invariante normalizado, foram usinados seis tipos de corpos de prova: cilíndrico liso, cilíndricos com raios de entalhe de 6 mm e 10 mm, usinados para ensaio de tração, corpo de prova retangular para ensaio de cisalhamento puro, e dois modelos retangulares para ensaio de carregamento combinado (tração e cisalhamento). Os dados experimentais são avaliados e utilizados para o procedimento de calibração das simulações numéricas, sendo essas realizadas em um contexto onde assume-se que o modelo baseado no critério de escoamento de von Mises com endurecimento isotrópico não linear descreve o comportamento mecânico do material em problemas axissimétricos e tridimensionais. Para tanto, as curvas de reações obtidas experimentalmente são comparadas quanto aos dados observados e calculados, sendo possível avaliar a influência da tensão de triaxialidade, do terceiro invariante normalizado e do ponto de calibração, tanto no nível da deformação plástica acumulada na fratura, quanto na proximidade do resultado experimental com o numérico. Observa-se nestas análises que existe um distanciamento do resultado experimental com o simulado numericamente, devido a teoria baseada no critério de escoamento de von Mises não capturar os efeitos da tensão de triaxialidade e terceiro invariante. Concluindo-se o trabalho, a deformação plástica equivalente na fratura é analisada como indicador para que se possa observar o início correto da fratura. Observa-se que para níveis de baixas tensões de triaxialidade a deformação plástica na fratura hora decresce e hora cresce com o aumento da tensão de triaxialidade até atingir seu máximo no ponto de calibração do ensaio de tração, ou ponto de início da região de altas tensões de triaxialidade, para essa região, a deformação plástica na fratura decresce com o aumento da tensão de triaxialidade.