Análise da influência dos processos de plasticidade e fratura no comportamento mecânico de microestruturas de Compósitos de Matriz Metálica

Abstract

RESUMOO presente trabalho trata da simulação numérica do comportamento mecânico de microestruturas de Compó-sitos com Matriz Metálica (CMMs) utilizando uma proposta de modelo de homogeneização computacional baseada numa abordagem multi-escala. Na microestrutura do compósito, as inclusões são consideradas elás-ticas e o comportamento da matriz é governado pelo modelo de von Mises com endurecimento isotrópico. Um modelo de fratura coesiva é desenvolvido para simular a fase de descolamento da interface matriz/inclusão. Todo o estudo é baseado no conceito de Elemento de Volume Representativo (EVR), no qual podem ser empregados modelos constitutivos que levam em conta os fenômenos dissipativos de fissuração e plasticidade. Uma série de EVRs com diferentes composições de inclusões elásticas e submetidos a diferentes condições de restrição cinemática foram analisados. Também observou-se a sensibilidade paramétrica do modelo de fratura coesiva e a importância de se considerar a fase de descolamento matriz/inclusão no processo de ruptura da microestrutura. De modo geral, os resultados encontrados contribuem para a discussão acerca do emprego de modelos simples, em termos de formulação e identificação paramétrica, na modelagem da microestrutura de materiais heterogêneos, refletindo assim na acurácia de resultados qualitativos quanto ao seu comportamento macroscópico. Palavras-chave:Homogeneização, compósitos com matriz metálica, plasticidade, fratura coesiva. ABSTRACTThis work deals with numerical simulation of the metal matrix composites (MMCs) microstructures mechanical behavior using a proposed computational homogenization modeling based on multi-scale approach. In the microstructure, elastic inclusions are considered and the matrix mechanical behavior is governed by a von Mises model with isotropic strain hardening. Besides, a cohesive fracture and contact model is developed in order to simulate the debonding phase in the matrix/inclusion interface. The study is based on the concept of Representative Volume Element (RVE), in which can be used constitutive models that take into account the dissipative phenomena of cracking and plasticity. A set of RVEs composed of different distributions of elastic inclusions and submitted to different kinematical restrictions are analyzed. Moreover, the parametric sensibility of the cohesive fracture model and the debonding interface relevance in the rupture processes of the microstructure are observed. In general, the results contribute to the discussion about the use of simple constitutive models, in their formulation and parametric identification, for modeling of the heterogeneous materials microstructures, leading to accurate qualitative results related to the macroscopic behavior.

Formulação multi-escala para a análise de flexão de placas considerando processos dissipativos na microestrutura e acoplamento MEC/MEF

“…Esse tipo de geometria de EVR pode representar materiais como o concreto, onde inclusões elásticas mais rígidas (agregados) são adicionadas à matriz (argamassa), de comportamento mais flexível. Também se pode pensar na modelagem de materiais compósitos com matriz metálica reforçada (CMM), [25]. Contudo, focando em materiais como o concreto, para modelar o comportamento da matriz, além do modelo de Von Mises, é adotado também o modelo de Mohr-Coulomb, a fim de mostrar que os resultados mudam de acordo com o modelo constitutivo adotado, o que ressalta a importância de adotar um modelo constitutivo que melhor represente o comportamento do material.…”

“…Neste trabalho será adotada apenas a condição de contorno que impões flutuações periódicas ao longo do contorno do EVR. Porém, outros tipos de condições de contorno são discutidos em [17] e [25]. Note-se que cada condição de contorno leva a uma resposta numérica diferente, definindo-se assim, diferentes modelos em multi-escala.…”

“…Por fim, os resultados apresentados até então são promissores. A formulação apresentada aqui está em aperfeiçoamento para se considerar o processo de fraturamento na microestrutura com o intuito de modelar o descolamento da interface inclusão/matriz em CMMs (ver os trabalhos [6] e [25]) e sua influência no macrocontinuo. Já no caso de materiais frágeis como o concreto, o surgimento e localização do processo de danificação na microestrutura e sua posterior transição para o macro-contínuo em forma de fraturamento, é uma linha de pesquisa ainda em aberto, onde alguns trabalhos foram publicados, [27] e [28].…”

Análise da influência de microestruturas heterogêneas na resposta macromecânica do problema bidimensional de placas

“…Por fim, pode-se afirmar que as respostas apresentadas neste trabalho são coerentes com respostas esperadas e relatadas em outros trabalhos, vide, por exemplo, [1], [2], [8], [9], [14] e [26]. Portanto, os resultados apresentados evidenciam que o desenvolvimento da modelagem proposta é promissor.…”

Yield Surfaces of Material Composed of Porous and Heterogeneous Microstructures Considering Phase Debonding

“…However, deformation and rupture processes take place at microscopic level. In this context and taking into account the advances on the computational mechanics, many numerical techniques and constitutive models have been proposed to describe the mechanical behavior of heterogeneous materials at microscopic level considering fracture and plasticity processes, for example, Pituba and Souza Neto (2015), Azizi (2012), Fernandes et al (2015a), Fernandes et al (2015b), Santos et al (2016), Nguyen et al (2011), Cavalcante et al (2011, Needleman and Tvergaard (1987), Tvergaard and Needleman (2006)among others.…”