Modelagem e simulação do comportamento mecânico de estruturas macrocompósitas de polímero-metal unidas por friction-based injection clinching joining (F-ICJ)

• Autor(a) principal: Tschoepke, Eduardo Silva
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/187857
• topic: Engenharia mecânica; F-ICJ; Macrocomposite hybrid structures; Hyperelastic constitutive models; Numerical modelling and simulation

A utilização de materiais compósitos para aplicações de engenharia vêm ganhando relevância nos últimos anos e, assim, gerando uma necessidade de desenvolvimento de métodos de união que sejam adequados para unir materiais dissimilares. Dentre os processos de união recentemente desenvolvidos, encontra-se o Friction-based Injection Clinching Joining (F-ICJ, patente europeia 14182938.2). Este método se destaca por ser simples, rápido e por ser ambientalmente menos danoso que processos que exigem a aplicação de agentes químicos para o tratamento das superfícies. O presente estudo tem por objetivo modelar e simular o comportamento de componentes mecânicos híbridos, compostos por polímero e metal, unidos pelo processo Friction-based Injection Clinching Joining, submetidos a ensaios mecânicos controlados em laboratório. Ou seja, objetiva-se reproduzir campos de deslocamentos, bem como tensões e deformações destes componentes através da utilização do programa de elementos finitos Abaqus®. Dados experimentais, obtidos em estudos anteriores, de ensaios de tração uniaxial são utilizados como entrada para os modelos numéricos enquanto resultados de ensaios de tração uniaxial, ensaio de cisalhamento sob tração de junta simples sobreposta e ensaio de flexão a quatro pontos de um componente composto por múltiplas juntas são utilizados para validar os modelos. Utiliza-se também um sistema de Correlação Digital de Imagem (DIC) para validar os modelos. Como resultados, obteve-se curvas de força por deslocamento do ensaio de tração uniaxial no regime elástico do material polimérico (PEI) dentro de uma faixa de mais ou menos 10%, com relação aos resultados experimentais, para oito dos nove modelos constitutivos hiperelásticos implementados. Com relação à modelagem da junta simples em ensaio de cisalhamento sob tração, três dos modelos apresentaram resposta de força por deslocamento dentro da faixa de mais ou menos 10%. Já com os modelos de múltiplas juntas em ensaio de flexão, não foi possível obter resultados de força por deslocamento dentro da faixa de mais ou menos 10% com relação aos resultados experimentais. Com relação aos resultados de campos de deformações e de deslocamentos, qualitativamente foram obtidos resultados que correspondem com o que foi observado experimentalmente e, quantitativamente, as deformações e deslocamentos de alguns modelos de junta simples geraram resultados com diferenças inferiores a 10% dos valores obtidos experimentalmente. Portanto, através da utilização de dados experimentais exclusivamente de ensaios de tração uniaxial, foi possível obter resultados com diferenças inferiores a 10% com relação aos resultados experimentais em termos de força por deslocamento, campos de deformação e deslocamentos enquanto que, os modelos aplicados à condição de flexão do componente de múltiplas juntas geraram apenas resultados qualitativos condizentes com o que foi observado experimentalmente.