Modelos de dano e efeitos de prensagem isostática a quente para liga Ti-6Al-4V fabricada por manufatura aditiva.

• Autor(a) principal: Yazdi, Mohammad Hossein Shaterzadeh
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-21112023-102129/
• topic: Additive manufacturing; Dano (Modelos); Ductile fracture; Electron Beam Melting (EBM); Finite element method; Hot Isostatic Pressing (HIP); Manufatura aditiva; Prensagem isostática a quente (PIQ); Ti-6Al-4V; Ti6AI4V; VUMAT

A Manufatura Aditiva (MA) tem sido utilizada para a produção em massa de geometrias otimizadas e complexas, devido à crescente demanda por processos de fabricação avançados. Neste sentido, é importante entender o comportamento mecânico dos componentes fabricados para melhor aproveitamento das possibilidades. Devido à sua ampla aplicação na indústria, a liga Ti-6Al-4V fabricada por Fusão por Feixe de Elétrons (EBM) é explorada neste estudo. Através de um esquema experimentalnumérico híbrido, a ruptura dúctil de peças de MA submetidas a diferentes condições de carga é avaliada e modelada. O efeito da porosidade no comportamento mecânico e no mecanismo de ruptura é investigado por meio de amostras fabricadas na condição primária de construção e submetidas ao processo de Prensagem Isostática a Quente (PIQ). Em sequência, o efeito de ângulo de fabricação em relação à base é examinado. Os corpos de prova foram projetados de forma a abranger uma faixa de triaxialidades e ângulos de Lode diferentes. O efeito do processo PIQ no nível da porosidade foi avaliado pelo microtomografia de raio-X 3D. Os resultados mostraram que o processo de PIQ teve um efeito significativo na eliminação de defeitos internos. As deformações na ruptura dos ensaios foram capturadas com extensômetros virtuais, utilizando o DIC (Digital Image Correlation). Os resultados indicaram um aumento na deformação na ruptura nos corpos de prova no estado PIQ em comparação com aqueles no estado primário de fabricação. Essa melhoria foi particularmente evidente nos corpos de prova com ângulos de fabricação de 0 e 45. Foram usados três modelos de dano dúctil para simular a ruptura nos ensaios: o modelo de Johnson-Cook (JC), o modelo de Mohr-Coulomb Modificado (MMC) e o modelo de Hosford- Coulomb (HC). O primeiro está disponível na biblioteca do software ABAQUS e os dois últimos foram implementados via sub-rotina VUMAT e simulados no mesmo software. Os resultados mostraram que o modelo JC apresenta melhor aproximação para as taxas de triaxialidade abaixo de zero (casos de compressão), enquanto os modelos MMC e HC tiveram melhor desempenho para casos de triaxialidade positiva. Em busca de um modelo abrangente, é sugerido uma extensão do MMC para prever a ruptura em condições que envolvem triaxialidades negativas e positivas com um erro médio menor que 7% em relação às deformações de ruptura obtidas nos ensaios propostos. Essa extensão modifica o modelo original e coloca novas condições para se aproximar mais dos casos analisados. Afinal, este estudo mostrou que é possível prever a ruptura em corpos de prova fabricados por manufatura aditiva usando o modelo de dano proposto e calibrado com ensaios.