Desbalanceamento de resistência mecânica em materiais poliméricos:caracterização experimental e aplicação exploratória para projeto

• Autor(a) principal: Bianchi, M.
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da FEI
• Texto Completo: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/517
• topic: Polímeros; Escoamento

Os critérios de escoamento convencionais para materiais dúcteis, como de Tresca e von Mises, adotam que os materiais apresentam mesmas propriedades mecânicas em tração e compressão (então chamados balanceados) e, consequentemente, que o fenômeno de escoamento independe do nível de tensão hidrostática (ou pressão) atuante. Na prática este tratamento é razoável para materiais metálicos dúcteis e isotrópicos, mas muitas vezes não se mostra realista para alguns materiais poliméricos, cerâmicos e mesmo materiais metálicos frágeis. Polímeros dúcteis de engenharia podem apresentar maiores propriedades mecânicas ao escoamento sob compressão, como resultado do arranjo das macromoléculas e mecanismo de deformação. Tal fato pode conduzir a excesso de conservadorismo ( ou em alguns casos específicos o oposto) se os critérios clássicos são diretamente aplicados, o que abre caminho para potencial aprimoramento estrutural de componentes tirando proveito de tal eventual desbalanceamento de propriedades. Assim, este trabalho apresenta uma investigação sobre as metodologias de projeto mecânico ao escoamento considerando materiais que apresentam propriedades desbalanceadas à tração e à compressão, assim como uma verificação experimental da existência de tal desbalanceamento ao escoamento em polímeros termoplásticos. O objetivo central é caracterizar experimentalmente as propriedades mecânicas de polímeros em tração e compressão, discutindo a eventual existência de dissimilaridade e, de posse dos dados experimentais, conduzir uma aplicação exploratória visando aprimoramento estrutural por meio do uso de critérios de escoamento dependentes do nível de tensão hidrostática. Para que tal objetivo possa ser atingido, é inicialmente apresentado o arcabouço conceitual necessário ao desenvolvimento do trabalho, envolvendo tópicos de elasticidade, plasticidade, critérios de escoamento (tradicionais e incorporando desbalanceamento) e propriedades dos materiais poliméricos. São então descritas as alterações metodológicas necessárias à filosofia de projetos tradicional, a qual é exploratoriamente aplicada ao projeto de clipes poliméricos por meio de procedimentos analíticos e numéricos de cálculo. Os resultados demonstram a existência de desbalanceamento de propriedades mecânicas tanto em relação à rigidez como ao escoamento. No caso específico do escoamento, alguns materiais apresentam desbalanceamento médio de até 39% maior resistência em compressão considerando dados tensão-deformação de engenharia. Uma breve aplicação exploratória dos dados experimentais (combinados aos critérios modificados e algoritmos de otimização) à avaliação da seção transversal de um clipe polimérico demonstra, com a manutenção da segurança e da rigidez, reduções de massa de até 40% para as alternativas avaliadas. Este fato notiva a ampliação futura da base de resultados experimentais e a condução de validações práticas em atividades de projeto