Análise do comportamento estrutural de espumas metálicas de célula aberta

Abstract

Espumas metálicas possuem propriedades mecânicas muito convenientes em aplicações de engenharia. Oferecem potencial de utilização principalmente em situações onde deseja-se uma alta resistência mecânica em conjunto com uma baixa densidade, ou uma alta absorção de energia até o colapso. Por ser um sólido celular com estrutura aleatória, a modelagem e simulação de seu comportamento mecânico é um desafio. O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo sobre o comportamento estrutural de espumas metálicas de célula aberta, desenvolvendo um modelo numérico micro estrutural para sua análise. Fez-se uso do modelo geométrico da célula Kelvin para as simulações numéricas lineares e não-lineares desenvolvidas dentro do software comercial de elementos finitos Ansys®. Os resultados obtidos permitem validar o modelo proposto e compreender melhor o comportamento desse tipo de estrutura, demostrando a influência de importantes efeitos que surgem devido aos atuais métodos de fabricação como a anisotropia, variações na espessura das ligações celulares e defeitos na malha de células.

Metallic foams have very convenient mechanical properties in engineering applications. They offer potential use especially in situations where is desired high mechanical strength in combination with a low density or a high-energy absorption until failure. Being a cellular solid with random structure, the modeling and simulation of its mechanical behavior is a challenge. This paper aims to conduct a study on the structural behavior of open cell metallic foams, developing a microstructural numerical model for analysis. It was used the geometric model of the Kelvin cell for the linear and non-linear numeric simulations developed within the commercial finite element software Ansys®. The results obtained allows to validate the proposed model and to better understand the behavior of this kind of structure, showing the influence of important effects arising due to manufacturing methods, such as anisotropy, variations in the thickness of the cellular connections and imperfections in the mesh cell foam.