Identificação de um modelo viscoelástico para o comportamento de relaxação de tensões do PTFE sob compressão e em temperatura ambiente

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Macêdo, Salvino Cezar Mello de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12234
Resumo: The identification of viscoelastic models is important for the design of polymeric parts by making the mechanical behavior of the material predictable under critical conditions. However, the characterization of this behavior is costly and complex because it involves long duration tests. Therefore, the main objectives of this work are to characterize the mechanical behavior of PTFE, identify a viscoelastic model and subsequently apply this model in the simulation of the Shaft-Hole Coupling Test (SHCT), which simplifies the characterization of stress relaxation of polymers, to improve the test configuration. The characterization of the mechanical behavior of PTFE was performed via cyclic compressive tests with the application of progressive maximum stresses and recuperation plateaus. The identification of the viscoelastic model was achieved by employing stress relaxation tests along with computer simulations using finite element analysis (FEA) and an optimization workflow. These tests were performed using the digital image correlation (DIC) technique to measure the strain field in which the samples were submitted during the tests. The improvement of the SHCT was carried out by the FEA of the test with different geometry configurations using the software Abaqus, and the identification of the constitutive model parameters was achieved using the optimization software Isight. Under the tested conditions, the mechanical characterization identified the yield stress (between 5.0 and 5.5 MPa), the Poisson coefficient (0.46) and the elastic modulus (675 ± 25 MPa) of PTFE. The identified Parallel Rheological Framework (PRF) constitutive model was able the capture, with a good approximation, the stress relaxation behavior of PTFE and the SHCT simulations pointed out that the most suitable specimen geometry of the sample must resemble a tube with 4 mm thickness and 25 mm height.
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Therefore, the main objectives of this work are to characterize the mechanical behavior of PTFE, identify a viscoelastic model and subsequently apply this model in the simulation of the Shaft-Hole Coupling Test (SHCT), which simplifies the characterization of stress relaxation of polymers, to improve the test configuration. The characterization of the mechanical behavior of PTFE was performed via cyclic compressive tests with the application of progressive maximum stresses and recuperation plateaus. The identification of the viscoelastic model was achieved by employing stress relaxation tests along with computer simulations using finite element analysis (FEA) and an optimization workflow. These tests were performed using the digital image correlation (DIC) technique to measure the strain field in which the samples were submitted during the tests. The improvement of the SHCT was carried out by the FEA of the test with different geometry configurations using the software Abaqus, and the identification of the constitutive model parameters was achieved using the optimization software Isight. Under the tested conditions, the mechanical characterization identified the yield stress (between 5.0 and 5.5 MPa), the Poisson coefficient (0.46) and the elastic modulus (675 ± 25 MPa) of PTFE. The identified Parallel Rheological Framework (PRF) constitutive model was able the capture, with a good approximation, the stress relaxation behavior of PTFE and the SHCT simulations pointed out that the most suitable specimen geometry of the sample must resemble a tube with 4 mm thickness and 25 mm height.A identificação de modelos viscoelásticos é importante para o design de peças poliméricas por tornar previsível o comportamento mecânico do material em condições críticas. No entanto, a caracterização deste comportamento é complexa pois envolve ensaios de longa duração. Portanto, o objetivo deste trabalho é caracterizar o comportamento mecânico e identificar um modelo viscoelástico para o PTFE, aplicando este modelo na simulação do Ensaio de Acoplamento Eixo-Furo (EAEF), que simplifica a caracterização da relaxação de tensões em polímeros, visando aperfeiçoar a configuração do ensaio. A caracterização do comportamento mecânico do PTFE foi feita por meio de ensaios mecânicos de compressão cíclicos com a aplicação de tensões máximas progressivas e patamares de recuperação. A identificação do modelo viscoelástico foi realizada mediante ensaios de relaxação de tensão acoplados a simulações computacionais em elementos finitos (EF) e rotina de otimização. Estes ensaios foram realizados com o auxílio da técnica de correlação de imagens digitais a fim de se medir o campo de deformações dos corpos de prova durante os ensaios. O aperfeiçoamento do EAEF foi feito por meio da análise em EF do ensaio em diferentes configurações geométricas, utilizando o software de EF Abaqus e a identificação dos parâmetros do modelo constitutivo do PTFE foi feita por análise inversa utilizando o software de otimização Isight. Nas condições ensaiadas, a caracterização mecânica identificou a tensão de escoamento do PTFE (entre 5,0 e 5,5 MPa), seu coeficiente de Poisson (0,46) e módulo elástico (675 ± 25 MPa). O modelo constitutivo Parallel Rheological Framework (PRF) identificado foi capaz de representar com boa aproximação o comportamento do PTFE sob relaxação de tensões e as simulações do EAEF indicaram que a geometria mais apropriada do corpo de prova para o PTFE analisado deve ser próxima a de um tubo, com 4 mm de espessura e 25 mm de altura.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPQ: 130167/2018-5porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPTFERelaxação de tensõesMétodo dos elementos finitosCorrelação de imagens digitaisStress relaxationFinite element methodDigital image correlationENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSIdentificação de um modelo viscoelástico para o comportamento de relaxação de tensões do PTFE sob compressão e em temperatura ambienteIdentification of a viscoelastic model for the stress relaxation behavior of PTFE under compression and room temperatureinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006c4aae26-90d6-4945-b2f5-ba87a8997b95reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDiss_SMM.pdfDiss_SMM.pdfTexto da dissertaçãoapplication/pdf6115114https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/1/Diss_SMM.pdf297508bd325759407cc95b6c97f3ab22MD51BCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfCarta comprovante de autoarquivamentoapplication/pdf668616https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf79807bddf4821411678eb9cc5a219e7bMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/3/license_rdfc4c98de35c20c53220c07884f4def27cMD53TEXTDiss_SMM.pdf.txtDiss_SMM.pdf.txtExtracted texttext/plain144492https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/4/Diss_SMM.pdf.txtb4a9c9f83e412c582308915273864e26MD54BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1548https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.txtb9af05ebe2aabd0ceb8dcddf584bfecfMD56THUMBNAILDiss_SMM.pdf.jpgDiss_SMM.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7454https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/5/Diss_SMM.pdf.jpg5713adee0527a911c6fc6f303a84c74dMD55BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12792https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/12234/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.jpg049a315b9573a2b24e8f7fb2377dd4f1MD57ufscar/122342023-09-18 18:31:50.295oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/12234Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:50Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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