Investigação numérico-experimental de modelos de dano em estudo mecânico-energético da fratura dúctil de aços estruturais de alta tenacidade
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Data
2024
Data de publicação:
Autores IPEN
Orientador
Miguel Mattar Neto
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Resumo
A avaliação de integridade estrutural é importante para a previsão de falhas em estruturas de grande responsabilidade. Contudo, com a melhoria das propriedades dos materiais, algumas teorias não conseguem mais descrever o processo de falha dúctil de materiais de alta tenacidade como o aço API X65. Para melhor compreender a falha em estruturas que utilizam esses materiais é necessário entender o processo de falha dúctil. Nesse sentido, são necessárias simulações não-lineares com trinca propagante para tentar reproduzir os resultados obtidos em laboratório utilizando o programa Abaqus (2020). Os ensaios realizados foram de tração (ASTM, 2022) e Charpy V-Notch (CVN) instrumentado (ASTM, 2018a; ASTM 2018b). Para o estudo de triaxialidade, os corpos de prova de tração foram modificados com diferentes entalhes com raios de 10, 5, 3, 2 e 1 mm. Já os ensaios CVN foram realizados em um pêndulo de 450J e nenhum dos 12 corpos de prova foi rompido, comprovando a alta tenacidade desse material. Por conta dessa alta tenacidade, houve a necessidade de verificação da adequação dos modelos de dano XFEM (Extend Finite Element) e GTN (Gurson-Tveegard-Needleman) para esse material. Além disso, uma metodologia de calibração do modelo de dano dúctil (Ductile Damage) foi proposta utilizando corpos de prova de tração modificados. Esse modelo foi o que melhor reproduziu as curvas experimentais e chegou mais próximo de reproduzir a morfologia de fratura do corpo de prova CVN. Por fim, utilizando uma rotina em Matlab, foi possível obter a energia de dano para todos os corpos de prova. Para esse estudo, foram consideradas as energias elástica e plástica nos elementos onde o dano já se iniciou. Essa parcela de energia, para todos os corpos de prova, é pequena quando comparada com a energia total de deformação, comprovando que utilizar a energia total absorvida em um ensaio CVN superestima a tenacidade à fratura. Além disso, observou-se um balanço entre fratura e colapso plástico. Para os corpos de prova sem entalhe, com tendência ao colapso plástico, a energia de dano é desprezível. Quanto maior a parcela de fratura dúctil, menor a energia de dano absorvida.
Como referenciar
PEREIRA, LETÍCIA dos S. Investigação numérico-experimental de modelos de dano em estudo mecânico-energético da fratura dúctil de aços estruturais de alta tenacidade. Orientador: Miguel Mattar Neto. 2024. 147 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2024.tde-25102024-111940. Disponível em: https://repositorio.ipen.br/handle/123456789/48693. Acesso em: 25 Mar 2025.
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