Um estudo de diferentes modelos constitutivos para caracterização mecânica de materiais termoplásticos submetidos à deformações finitas

Abstract

A simulação numérica de componentes estmturais necessita de dados do material que são obtidos por ensaios mecânicos. Materiais não-lineares, como termoplásticos, podem apresentar em ensaios de tração estricção quando submetidos à deformações firútas. Este fenômeno normalmente ainda está associado a campos de deformações heterogêneos que possuem uma cinemática particular, se propagando ao longo do corpo. A formação e propagação da estricção podem mascarar o real comportamento mecârúco do material quando obtido por um ensaio de tração, levando o processo de caracterização da curva tensão-deformação real do material a um procedimento não-trivial. Através de um ensaio de tração de um termoplástico, dados experimentais de força e do campo de deslocamentos da região de estricção, obtido através de métodos ópticos, são utilizados em um procedimento numérico-experimental de otimização para a deternúnação dos parâmetros (FEMU) de alguns modelos constitutivos capazes de representar a tendência do comportamento de termoplásticos. De modo a estudar a capacidade representativa da resposta mecânica do ensaio, um modelo constitutivo multi linear e um modelo constitutivo variacional, são estudados. Uma função objetivo conveniente que utiliza dados experimentais e numéricos é usada para considerar a cinemática da estricção, responsável pela mudança geométrica que diferencia as respostas nonúnais e reais da curva tensão-deformação. Por meio dos resultados obtidos neste trabalho verificou-se que a caracterização dos modelos constitutivos utilizando somente a resposta de força, não garante uma caracterização constitutiva adequada, sendo necessária a resposta de deslocamento para garantir a representação da cinemática da região de estricção.

Numerical simulation of structural components requires material data obtained from mechanical testing. Nonlinear materials, like thermoplastics, submitted to tensile testing presents necking undergoing finite strain. This phenomenon is still typically associated to heterogeneous strain fields which possess a particular kinematic, propagating through the body. Necking and colddrawing may mask the actual mechanical behavior measured by a tensile testing machine, turning the real stress-strain curve characterization process into a non-trivial procedure. Through a thermoplastic tensile testing, force experimental data and displacement experimental data from the necking region, obtained by optical methods, are used in a numerical-experimental optimization procedure in order to determine the constitutive parameters (FEMU) from some constitutive models which are able to represent the thermoplastic behavior tendency. In order to study the representative capacity of the mechanical testing response, a multilinear constitutive model and a variational constitutive model, are studied. A suitable objective function which uses experimental and numerical data is used to consider the necking kinematics, responsible for geometric change that distinguishes the nominal and real responses of the stress-strain curve. Through the obtained results, it can be seen that the model parameters determination using, in addition to force, the displacement field in the objective function is necessary to represent the kinematic behavior in the necking region.