Análise e calibração de modelo constitutivo para fluidos dependentes do tempo

• Autor(a) principal: Kroetz, Fernando Machado
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5011
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE; Calibração - Processamento de dados; Cisalhamento; Deformações (Mecânica); Argila - Análise; Fluidos newtonianos; Modelos matemáticos; Reologia; Calibration - Data processing; Shear (Mechanics); Deformations (Mechanics); Clay - Analysis; Newtonian fluids; Mathematical models; Rheology; Engenharia Mecânica

Neste trabalho é realizada a modelagem matemática e simulação numérica de ensaios reométricos de fluidos dependentes do tempo. É proposto um modelo matemático que considera a tixotropia do material a partir da abordagem microestrutural indireta, mas sem a utilização de parâmetros estruturais. A evolução das propriedades do material é admitida a partir do desbalanço entre os estados instantâneo e de equilíbrio das propriedades. Para execução do trabalho foram utilizados dois fluidos diferentes: suspensão de laponita e fluido de perfuração. Ensaios reométricos foram conduzidos nas dependências do CERNN/UTFPR nos reômetros Anton Paar MCR 702 TD e TA DHR 3. Os ensaios consistiram na obtenção da curva de escoamento, reinícios de escoamento por patamares de taxa de deformação e testes de fluência, bem como reestruturação dos materiais através de testes oscilatórios a baixas amplitudes de deformação. Estes ensaios foram utilizados para ajuste e validação do modelo matemático. A amostra de laponita apresentou complexidade em seu comportamento, com a ocorrência de bandas de cisalhamento e o não atingimento de regime permanente para testes oscilatórios e de fluência. Tais comportamentos não foram observados para o fluido de perfuração. Para o reinício de escoamento sob taxa de deformação controlada o modelo matemático apresenta desenvolvimento elástico da tensão de cisalhamento nos primeiros instantes, presença de pico de tensão de cisalhamento e posterior redução da tensão de cisalhamento até atingir o regime permanente. Para o teste oscilatório de reestruturação os módulos de armazenamento e dissipação aumentam até atingirem o regime permanente, e para os testes de fluência o modelo é capaz de simular o efeito avalanche. Apesar de o modelo ser mais simples do que diversos da literatura, as simulações numéricas para os dois fluidos demonstram que representa as principais características de materiais elasto-viscoplástico tixotrópicos, podendo ser alternativa viável aos modelos clássicos que utilizam parâmetros estruturais.