PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA PG-MEC Simulação Numérica Em Conformação de Chapas Cap 9: Danos Materiais e Falha Aluno: Márcio Madi

Introdução O presente capítulo trata dos seguintes itens: PG-MEC Danos Progressivos e Falhas Iniciação de danos para metais dúcteis Evolução do Dano Remoção do elemento Falhas em fixadores

Danos Progressivos e Falha PG-MEC ABAQUS oferece uma capacidade geral para a modelagem de dano progressivo e falha em estruturas de engenharia. Material de falha refere-se a uma perda completa de capacidade de carga com os resultados de degradação progressiva da rigidez do material. A degradação de rigidez é modelada usando a mecânica de dano.

Danos Progressivos e Falha PG-MEC Danos progressivos e insuficiência podem ser modelados em: Volume do Material Comportamento Contínuo Construtivo usado em conjunto com Mises, Johnson-Cook, Hill ou modelos de plasticidade de Drucker Prager (Este é o foco primário do tema). Interface de Material Os elementos coesivos com uma lei de tração de separação (Isso foi discutido na Cap 7, Restrições e Conexões)

Danos Progressivos e Falha PG-MEC Dois tipos distintos de insuficiência de volume de material podem ser modelado com ABAQUS / Explicit. Fratura dúctil dos metais - Nucleação, coalescência e crescimento - Cisalhamento localizado

Danos Progressivos e Falha PG-MEC Estricção em chapas conformadas - Formando Diagramas limites - Usando o critério de Marciniak-Kuczynski (M-K) OBS: Danos em chapas metálicas não são discutidos nesta seção.

Danos Progressivos e Falha PG-MEC Definição das componentes do material - Comportamento indeformável - Início do dano (ponto A) - Evolução do dano (Intervalo A-B) - Remoção do elemento (Ponto B)

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC O início do dano define o ponto de início de degradação da rigidez do material que está sendo conformado. - É baseado em critérios especificados pelo usuário - Dúctil ou cisalhante - Se não for especificado, não ocorrerá dano - As variáveis de saída estão associadas com cada critério - É útil para avaliar a gravidade da deformação instantânea

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC DMICRT indica que o dano tenha iniciado

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Critério Dúctil Adequado para desencadear danos devido a nucleação, o crescimento, a coalescência e os vazios O modelo assume que a deformação plástica equivalente no início dos danos é uma função de tensão triaxial e taxa de deformação.

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC O critério dúctil pode ser usado com os Mises, Johnson-Cook, Hill e Modelos de Drucker Prager-plasticidade

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Esmagamento axial de uma lata de alumínio -Detalhes do modelo • Base de aço: - Elementos C3D8R - Controle avançado de ampulheta - Material elástico-plástico • Câmara de alumínio: - Elementos S4R - Controle de rigidez de ampulheta - Taxa de plasticidade dependente - Iniciação Danos • Contato geral • Escala de massa variável

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Especificar um critério de iniciação de dano com base no tipo de falha.

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Critério Cisalhante Adequado para desencadear danos devido à localização da banda de Cisalhamento. - O modelo assume que a deformação plástica equivalente no início do dano é uma função da relação da tensão de cisalhamento e taxa de deformação. - Relação de tensões de cisalhamento definida como: - O critério de cisalhamento pode ser usado com Mises, Johnson-Cook, Hill e Modelos de Drucker Prager-plasticidade.

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Esmagamento axial de um perfil de alumínio - Dúctil critério de saída de iniciação de dano O critério de iniciação de dano é satisfeito quando - Cisalhante critério de saída de iniciação de dano

Critérios de Iniciação de Danos para Metais Dúcteis PG-MEC Além dos critérios de danos, deve ser especificado a evolução dos danos para que ocorra uma simulação coerente

Evolução do Dano PG-MEC Evolução do dano define o comportamento do material pós-iniciação • Isto é, descreve a taxa de degradação da rigidez do material uma vez que o critério de iniciação é satisfeito. A formulação é baseada na abordagem de dano escalar: • O dano total variável D capta o efeito combinado de todos os mecanismos ativos de danos. • Quando o dano variável D = 1, ponto material falhou completamente. Ou seja, fratura ocorre quando D = 1.

Evolução do Dano PG-MEC Para um material elástico-plástico, o dano se manifesta de duas formas: • Abrandamento da tensão de escoamento • Degradação da elasticidade

Evolução do Dano PG-MEC A evolução do dano pode ser especificada de duas formas: • Energia de fratura (por unidade de área) • Deslocamento plástico equivalente. Ambas as abordagens levam em conta o comprimento característico do elemento. A formulação assegura que a sensibilidade à malha é minimizada. Energia com base na evolução do dano Deslocamento com base na evolução do dano

Exemplo: Esmagamento axial de um perfil de alumínio Evolução do Dano PG-MEC Exemplo: Esmagamento axial de um perfil de alumínio

Remoção do Elemento PG-MEC - ABAQUS oferece a opção de remover o elemento da malha uma vez que a rigidez do material é totalmente degradada (Ou seja, uma vez que o elemento falhou). • Um elemento é dito falho quando todos os pontos de seção, em qualquer ponto de integração, perderam sua capacidade de carga. • Por padrão os elementos não são excluídos da malha. - Para retirar os elementos que falharam antes da completa degradação, o ponto material é assumido como falho. Isso ocorre quando o total do dano variável D atinge o Dmax (valor crítico).

Remoção do Elemento PG-MEC Pode-se especificar o valor para o Dmax (degradação máxima). • O valor padrão de Dmax é 1, se o elemento é removido da malha em caso de falha. Pode-se optar por não remover os elementos que falharam da malha. • Neste caso, o valor padrão de Dmax é de 0,99, o que garante que os elementos permanecerão ativos na simulação com uma rigidez residual de pelo menos 1% da rigidez original. • Elementos falhos que não foram removidos da malha podem sustentar tensões de compressão.

Remoção do Elemento PG-MEC Exemplos de erosão superficial em elementos sólidos Penetração de um projétil Furação com broca

Falhas em Fixadores PG-MEC Os elementos de fixação rígida ou elástica podem introduzir problemas na solução dos modelos. O Comportamento de parafusos deve ser modelado com base em testes experimentais. A implementação de falhas em fixadores visa capturar respostas sobre força e deslocamento experimental nestes elementos. O modelo combina danos de plasticidade e danos progressivos.

Falhas em Fixadores PG-MEC Elementos de ligação em um mecanismo (conjunto) Exemplo: Falhas em dobradiças