Homogeneização numérica para a avaliação da resistência mecânica de materiais porosos com matriz de von Mises e poros esferoidais
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2024 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
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Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/32138 |
Resumo: | This work analyzes the influence of porosity and pore shape on the mechanical strength of ductile materials, applying computational homogenization to an elementary volume with a single pore using the finite element method. The study details the impact of volumetric fraction and aspect ratio of elongated (prolate) pores on the effective yield stress of porous materials with a von Mises matrix. Different loading conditions are considered, varying the triaxiality of macroscopic stress. For this purpose, boundary conditions in terms of displacements are imposed using user routines (Multi-point constraint, MPC), such that the stress triaxiality remains constant during loading. As a result, numerical effective yield surfaces are obtained that demonstrate the effects of porosity and pore geometry on the mechanical strength of porous materials in the analyzed context. The results indicate that both the level of porosity and the shape of the pores significantly reduce the mechanical strength of the material, which could have implications for the development and optimization of new materials and processes in engineering. The study advances the understanding of porous materials, providing a solid foundation for future investigations, especially regarding the modeling of the yield surface, which plays a crucial role in predicting mechanical behavior under different loading conditions. |
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Homogeneização numérica para a avaliação da resistência mecânica de materiais porosos com matriz de von Mises e poros esferoidaisNumerical homogenization for the assessment of mechanical strength of porous materials with von Mises matrix and spheroidal poresSuperfície de escoamentoPorosidadeGeometria do poroHomogeneização computacionalElementos finitosYield locusPorosityPore geometryComputational homogenizationFinite elementsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThis work analyzes the influence of porosity and pore shape on the mechanical strength of ductile materials, applying computational homogenization to an elementary volume with a single pore using the finite element method. The study details the impact of volumetric fraction and aspect ratio of elongated (prolate) pores on the effective yield stress of porous materials with a von Mises matrix. Different loading conditions are considered, varying the triaxiality of macroscopic stress. For this purpose, boundary conditions in terms of displacements are imposed using user routines (Multi-point constraint, MPC), such that the stress triaxiality remains constant during loading. As a result, numerical effective yield surfaces are obtained that demonstrate the effects of porosity and pore geometry on the mechanical strength of porous materials in the analyzed context. The results indicate that both the level of porosity and the shape of the pores significantly reduce the mechanical strength of the material, which could have implications for the development and optimization of new materials and processes in engineering. The study advances the understanding of porous materials, providing a solid foundation for future investigations, especially regarding the modeling of the yield surface, which plays a crucial role in predicting mechanical behavior under different loading conditions.Este trabalho analisa a influência da porosidade e da geometria dos poros na resistência mecânica de materiais dúcteis, aplicando homogeneização computacional em um volume elementar com um único poro utilizando o método de elementos finitos. O estudo detalha o impacto da fração volumétrica e da razão de aspecto de poros alongados (prolate) na tensão de escoamento efetiva de materiais porosos com matriz de von Mises. São consideradas diferentes condições de carregamento, variando a triaxialidade de tensão macroscópica. Para isso, são impostas condições de contorno em termos de deslocamentos usando rotinas de usuário (Multi-point constraint, MPC), tal que a triaxilidade de tensão seja constante durante o carregamento. Como resultado, são obtidas superfícies de escoamento efetivas numéricas que demonstram os efeitos da porosidade e da geometria dos poros na resistência mecânica de materiais porosos no contexto analisado. Os resultados indicam que tanto o nível de porosidade quanto a forma dos poros reduzem de forma significativa a resistência mecânica do material, podendo promover implicações para o desenvolvimento e otimização de novos materiais e processos na engenharia. O estudo avança na compreensão dos materiais porosos, oferecendo uma base sólida para futuras investigações, especialmente no que tange à modelagem da superfície de escoamento, que desempenha um papel crucial na predição do comportamento mecânico sob diferentes condições de carga.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia MecânicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaCentro de TecnologiaSantos, Tiago doshttp://lattes.cnpq.br/2241262071800920Tonatto, Maikson Luiz PassaiaRossi, RodrigoKnob, Juliano Hertz2024-07-03T15:11:35Z2024-07-03T15:11:35Z2024-04-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/32138ark:/26339/0013000009n59porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-07-03T15:11:35Zoai:repositorio.ufsm.br:1/32138Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2024-07-29T10:31:24.197948Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This work analyzes the influence of porosity and pore shape on the mechanical strength of ductile materials, applying computational homogenization to an elementary volume with a single pore using the finite element method. The study details the impact of volumetric fraction and aspect ratio of elongated (prolate) pores on the effective yield stress of porous materials with a von Mises matrix. Different loading conditions are considered, varying the triaxiality of macroscopic stress. For this purpose, boundary conditions in terms of displacements are imposed using user routines (Multi-point constraint, MPC), such that the stress triaxiality remains constant during loading. As a result, numerical effective yield surfaces are obtained that demonstrate the effects of porosity and pore geometry on the mechanical strength of porous materials in the analyzed context. The results indicate that both the level of porosity and the shape of the pores significantly reduce the mechanical strength of the material, which could have implications for the development and optimization of new materials and processes in engineering. The study advances the understanding of porous materials, providing a solid foundation for future investigations, especially regarding the modeling of the yield surface, which plays a crucial role in predicting mechanical behavior under different loading conditions. |
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