Computer simulation of stress distribution during Vickers hardness testing of WC-6Co

Abstract

This paper describes a numerical simulation and experimental study of the Vickers indentation testing of WC-6Co specimens. The numerical analysis was implemented by a three-dimensional finite element (FE) model using the commercial solver MARC ™ . Hardness values predicted by this model agreed well with those obtained experimentally. It was also observed that the load-displacement curves obtained numerically were quite similar to those presented by the literature for the Vickers testing. The maximum principal stress field was used to locate the most expected areas for crack formation and propagation during the Vickers indentation testing of WC-6Co.

Estudo numérico da influência do coeficiente de atrito no ensaio de indentação em filmes finos

“…Estas observações também foram feitas por Bressan et al [18] e Huang & Pelegri [19]. Desta forma, em simulações numéricas do ensaio de indentação, pode-se desconsiderar o atrito entre o penetrador e a amostra, do ponto de vista da carga de indentação [5][6][7][8][9][10].…”

“…O modelo utilizou elementos axissimétricos, diminuindo consideravelmente os esforços computacionais [8]. Isto foi possível devido à simetria do problema.…”

“…Simulou-se o ciclo de indentação (carregamento e descarregamento) através do deslocamento prescrito do penetrador, permitindo assim um melhor controle numérico no início e durante a simulação do ensaio [8][9][10]. Além desse controle numérico, o ensaio foi executado em duas fases, uma na descida do penetrador, seguida da subida do mesmo, completando-se o ciclo.…”

“…Em função destas limitações na análise dos ensaios de indentação o uso de uma técnica numérica capaz de avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo de indentação pode auxiliar em uma interpretação mais segura deste ensaio. Nas últimas décadas, esta metodologia numérica começou a ser estudada através de modelos discretos de elementos finitos para avaliar o comportamento de diferentes materiais sob o ensaio de indentação [5][6][7][8][9].…”

“…Este método tem sido largamente utilizado para simular e resolver inúmeros problemas não lineares nas áreas de instabilidade estrutural, de sistemas dinâmicos, sistemas fluidos, eletromagnéticos e de conformação mecânica. Porém, a utilização desta técnica numérica para avaliar o ensaio de indentação em recobrimentos superficiais finos ainda tem apresentado problemas, sejam pelas limitações computacionais ou pelas dificuldades na implementação de modelos que representem um ensaio real e, principalmente, com a devida caracterização da interface entre o filme e o substrato [2,[5][6][7][8][9][10].…”