Modelo de fratura para polímeros termoplásticos: uma abordagem phase field

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zambonim, Simone Rosana
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205219
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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spelling Modelo de fratura para polímeros termoplásticos: uma abordagem phase fieldEngenharia mecânicaPolímerosViscoplasticidadeMecânica da fraturaDeformações (Mecânica)Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.À medida que os polímeros ganham novas aplicações que requerem maior integridade estrutural, surge a necessidade de formular modelos capazes de descrever com precisão seu comportamento e prever a falha sob carregamentos mecânicos. Neste contexto, este trabalho elabora um modelo fenomenológico capaz de descrever o comportamento de polímeros termoplásticos semicristalinos isotrópicos até sua fratura. Estruturado na descrição Lagrangiana total e na cinemática de grandes deformações, a aproximação da dependência à taxa de deformação é dada pelo modelo de Perzyna e as relações constitutivas são escritas em termos da medida de deformação de Hencky e da tensão rotacionada de Kirchhoff. Além disso, baseado na termodinâmica do contínuo estendida apresentada por Frémond e Nedjar (1996), desenvolveu-se um modelo de fratura introduzindo o dano não local com características derivadas aos modelos phase field. A solução dos campos de deslocamento e dano é obtida por um método semi-implícito. De forma a contabilizar a dependência hidrostática, característica dos polímeros isotrópicos, usou-se de um critério de escoamento macroscópico desenvolvido por Raghava e Caddell (1973). Por fim, para melhor caracterizar a deformação volumétrica inelástica, propôs-se um potencial de dissipação distinto da função de escoamento, caracterizando o modelo como não associativo. Por outro lado, ressalta-se que o modelo foi desenvolvido pensando na sua aplicabilidade para uma grande variedade de materiais; sua versatilidade é oriunda dos princípios da termodinâmica de processos irreversíveis, utilizando uma função de encruamento flexível conveniente a diferentes modelos. Ademais, das escolhas de parâmetros que podem reduzir a função de escoamento de Raghava e transformá-la na clássica Von Mises, bem como, tornar o modelo associativo e, se desejável, elastoplástico. Em vista disso, além de prever satisfatoriamente o comportamento dos polímeros, este modelo é apropriado para aproximar o comportamento de uma série de materiais pertencentes a classe de Standard Generalized Materials.Abstract : As polymers expand into new applications that require greater structural integrity, rises the need to formulate models capable of accurately describe their response and predict failure under mechanical loading. In this context, this paper addresses a phenomenological model to describe the behavior of isotropic semi-crystalline thermoplastic polymers up to fracture. Structured in the total Lagrangian approach and the kinematics of large deformations, the model approximation is given by the Perzyna s elastoviscoplastic model, and the constitutive relations are given in terms of Hencky strain measure and the rotated Kirchhoff stress. Furthermore, the fracture model is based on the extended thermodynamics of the continuum medium, presented by Frémond e Nedjar (1996), which derives a nonlocal damage model and is related to phase-field modeling. A staggered scheme is used to obtain the solution of the displacement and damage fields. Also, a macroscopic yield criterion developed by Raghava e Caddell (1973) accounts for the hydrostatic dependence, which is very characteristic of the isotropic polymers. In addition, a non-associative dissipation potential was proposed to better characterize the inelastic volumetric strain. On the other hand, one emphasizes that the model was developed considering its applicability for a great variety of materials, its versatility derives from the principles of the irreversible thermodynamics, the property of a changeable hardening function to adapt to different models and, in addition, the choice of parameters that can convert Raghava s yield function into the classical Von Mises, as well as transform the model to associative and elastoplastic, if desirable. Hence, this model not only adequately predicts the behavior of polymers but also of a series of materials that belong to the class of Standard Generalized Materials.Alves, Marcelo KrajncUniversidade Federal de Santa CatarinaZambonim, Simone Rosana2020-03-31T13:31:39Z2020-03-31T13:31:39Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis188 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf359974https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205219porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T13:31:39Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/205219Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T13:31:39Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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