PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

1. PG-MEC PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Simulação Numérica Em Conformação de Chapas Cap 9: Danos Materiais e Falha Aluno: Márcio Madi

2. PG-MEC Introdução O presente capítulo trata dos seguintes itens: Danos Progressivos e Falhas Iniciação de danos para metais dúcteis Evolução do Dano Remoção do elemento Falhas em fixadores

3. PG-MEC Danos Progressivos e Falha ABAQUS oferece uma capacidade geral para a modelagem de dano progressivo e falha em estruturas de engenharia. Material de falha refere-se a uma perda completa de capacidade de carga com os resultados de degradação progressiva da rigidez do material. A degradação de rigidez é modelada usando a mecânica de dano.

4. Danos Progressivos e Falha Danos progressivos e insuficiência podem ser modelados em: Volume do Material Comportamento Contínuo Construtivo usado em conjunto com Mises, Johnson-Cook, Hill ou modelos de plasticidade de Drucker Prager (Este é o foco primário do tema). Interface de Material Os elementos coesivos com uma lei de tração de separação (Isso foi discutido na Cap 7, Restrições e Conexões) PG-MEC

5. Danos Progressivos e Falha Dois tipos distintos de insuficiência de volume de material podem ser modelado com ABAQUS / Explicit. Fratura dúctil dos metais - Nucleação, coalescência e crescimento - Cisalhamento localizado PG-MEC

6. Danos Progressivos e Falha Estricção em chapas conformadas - Formando Diagramas limites - Usando o critério de Marciniak-Kuczynski (M-K) OBS: Danos em chapas metálicas não são discutidos nesta seção. PG-MEC

7. Danos Progressivos e Falha Definição das componentes do material - Comportamento indeformável - Início do dano (ponto A) - Evolução do dano (Intervalo A-B) - Remoção do elemento (Ponto B) PG-MEC

8. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis O início do dano define o ponto de início de degradação da rigidez do material que está sendo conformado. - É baseado em critérios especificados pelo usuário - Dúctil ou cisalhante - Se não for especificado, não ocorrerá dano - As variáveis de saída estão associadas com cada critério - É útil para avaliar a gravidade da deformação instantânea PG-MEC

9. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis DMICRT indica que o dano tenha iniciado PG-MEC

10. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Critério Dúctil Adequado para desencadear danos devido a nucleação, o crescimento, a coalescência e os vazios O modelo assume que a deformação plástica equivalente no início dos danos é uma função de tensão triaxial e taxa de deformação. PG-MEC

11. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis O critério dúctil pode ser usado com os Mises, Johnson-Cook, Hill e Modelos de Drucker Prager-plasticidade PG-MEC

12. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Esmagamento axial de uma lata de alumínio-Detalhes do modelo • Base de aço: - Elementos C3D8R - Controle avançado de ampulheta - Material elástico-plástico • Câmara de alumínio: - Elementos S4R - Controle de rigidez de ampulheta - Taxa de plasticidade dependente - Iniciação Danos • Contato geral • Escala de massa variável PG-MEC

13. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Especificar um critério de iniciação de dano com base no tipo de falha. PG-MEC

14. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Critério Cisalhante Adequado para desencadear danos devido à localização da banda de Cisalhamento.- O modelo assume que a deformação plástica equivalente no início do dano é uma função da relação da tensão de cisalhamento e taxa de deformação.- Relação de tensões de cisalhamento definida como: - O critério de cisalhamento pode ser usado com Mises, Johnson-Cook, Hill e Modelos de Drucker Prager-plasticidade. PG-MEC

15. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Esmagamento axial de um perfil de alumínio - Dúctil critério de saída de iniciação de dano O critério de iniciação de dano é satisfeito quando - Cisalhante critério de saída de iniciação de dano O critério de iniciação de dano é satisfeito quando PG-MEC

16. Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis Além dos critérios de danos, deve ser especificado a evolução dos danos para que ocorra uma simulação coerente PG-MEC

17. Evolução do Dano Evolução do dano define o comportamento do material pós-iniciação • Isto é, descreve a taxa de degradação da rigidez do material uma vez que o critério de iniciação é satisfeito. A formulação é baseada na abordagem de dano escalar: • O dano total variável D capta o efeito combinado de todos osmecanismos ativos de danos.• Quando o dano variável D = 1, ponto material falhou completamente. Ou seja, fratura ocorre quando D = 1. PG-MEC

18. Evolução do Dano Para um material elástico-plástico, o dano se manifesta de duas formas:• Abrandamento da tensão de escoamento• Degradação da elasticidade PG-MEC

19. Evolução do Dano A evolução do dano pode ser especificada de duas formas:• Energia de fratura (por unidade de área)• Deslocamento plástico equivalente. Ambas as abordagens levam em conta o comprimento característico do elemento. A formulação assegura que a sensibilidade à malha é minimizada. Energia com base na evolução do dano Deslocamento com base na evolução do dano PG-MEC

20. Evolução do Dano Exemplo: Esmagamento axial de um perfil de alumínio PG-MEC

21. Remoção do Elemento - ABAQUS oferece a opção de remover o elemento da malha uma vez que a rigidez do material é totalmente degradada (Ou seja, uma vez que o elemento falhou).• Um elemento é dito falho quando todos os pontos de seção, em qualquer ponto de integração, perderam sua capacidade de carga.• Por padrão os elementos não são excluídos da malha. - Para retirar os elementos que falharam antes da completa degradação, o ponto material é assumido como falho. Isso ocorre quando o total do dano variável D atinge o Dmax (valor crítico). PG-MEC

22. Remoção do Elemento Pode-se especificar o valor para o Dmax (degradação máxima).• O valor padrão de Dmax é 1, se o elemento é removido damalha em caso de falha. Pode-se optar por não remover os elementos que falharam da malha.• Neste caso, o valor padrão de Dmax é de 0,99, o que garante queos elementos permanecerão ativos na simulação com uma rigidez residual de pelo menos 1% da rigidez original. • Elementos falhos que não foram removidos da malha podem sustentar tensões de compressão. PG-MEC

23. Remoção do Elemento Exemplos de erosão superficial em elementos sólidos Penetração de um projétil Furação com broca PG-MEC

24. Falhas em Fixadores Os elementos de fixação rígida ou elástica podem introduzir problemas na solução dos modelos. O Comportamento de parafusos deve ser modelado com base em testes experimentais. A implementação de falhas em fixadores visa capturar respostas sobre força e deslocamento experimental nestes elementos. O modelo combina danos de plasticidade e danos progressivos. PG-MEC

25. Falhas em Fixadores Elementos de ligação em um mecanismo (conjunto) Exemplo: Falhas em dobradiças PG-MEC