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Extraction of plasticity parameters of metallic materials from spherical indentation tests and fem modelling

Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/capes/626738
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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorMalcher, Lucival-
Autor(es): dc.creatorMachado, Lucas Queiroz-
Data de aceite: dc.date.accessioned2021-10-14T18:14:13Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2021-10-14T18:14:13Z-
Data de envio: dc.date.issued2019-06-17-
Data de envio: dc.date.issued2019-06-17-
Data de envio: dc.date.issued2019-06-17-
Data de envio: dc.date.issued2019-01-10-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio.unb.br/handle/10482/34846-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/626738-
Descrição: dc.descriptionDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.-
Descrição: dc.descriptionO comportamento plástico de materiais metálicos é resultante de não linearidades que conduzem a complexos campos de tensão-deformação. Isso torna difícil o desenvolvimento de relações analíticas aplicáveis além do domínio elástico. Tradicionalmente, a relação tensão-deformação da maioria dos materiais tem sido adquirida a partir de ensaios uniaxiais de tração, que é largamente utilizado para descrever seu comportamento quando submetido à deformação plástica. Entretanto, há certos componentes materiais que devido à sua configuração não podem ser ensaiados por ensaios uniaxiais de tração ou compressão. Além do mais, o ensaio de dureza é mais versátil, operativo, barato e rápido que os ensaios uniaxiais. Quando se fala em ensaios tradicionais de dureza, tais como Brinell, Knoop, Rockwell e Vickers, eles são majoritariamente utilizados como uma forma de avaliar a resistência do material à deformação plástica. Eles relacionam o carregamento aplicado à resultante área ou profundidade da calota impressa no material. As técnicas desenvolvidas e apresentadas aqui vão além ao determinar outras propriedades materiais em adição à medida de dureza. Portanto, este trabalho apresenta dois métodos para descrever o comportamento de endurecimento de materiais metálicos a partir de ensaios de dureza. O ensaio de dureza Brinell é o método escolhido devido sua simplicidade e versatilidade. A metodologia consiste na execução de três ensaios de dureza Brinell em três configurações distintas, para se ter uma resposta representativa do material. Análises de imagem da impressão resultante do ensaio de dureza são realizadas com o auxílio de microscópio confocal à laser. Daí são obtidas as respostas experimentais do material. Desta análise são extraídas as medidas dos perfis da calota impressa no material, as quais serão utilizadas como referência para os resultados numéricos previstos pela repetitiva análise em elementos finitos. Neste processo, várias tentativas de curvas tensão-deformação são providas com o intuito de minimizar a discrepância entre as respostas numérica e experimental. Como mencionado, dois métodos foram desenvolvidos. O primeiro é designado como IRC (Indentation Reaction Curve) e replica numericamente a resposta de carga-profundidade final obtida experimentalmente. O segundo método, designado como IP (Indentation Profile), replica numericamente as impressões deixadas no corpo de prova pelo teste de dureza. Para facilitar o uso deste recurso por outros usuários, uma interface gráfica foi construída. Um tutorial sobre seu uso é também anexado a este trabalho. Por fim, as curvas de encruamento obtidas a partir de ensaio de tração e pelos métodos apresentados aqui são comparadas. Quatro materiais foram analisados: SAE 1524, SAE 4340 N (normalizado), SAE 4340 A (recozido), e Alumínio 6101. Seus parâmetros plásticos foram determinados pelos métodos IRC, IP e por ensaio de tração. Entretanto, com exceção do SAE 1524, os resultados mostram que as curvas obtidas a partir do ensaio uniaxial de tração para esses materiais não são adequadas para uso em análises compressivas, devido ao fato de não serem capazes de prever as respostas experimentais de indentação. Consequentemente, as curvas de endurecimento obtidas a partir dos métodos IRC e IP não correspondem àquelas obtidas a partir do ensaio de tração para o SAE 4340 N, SAE 4340 A, e Alumínio 6101. A justificativa para essa ocorrência é de que esses materiais apresentam comportamentos distintos sobre tração e compressão.-
Descrição: dc.descriptionConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).-
Descrição: dc.descriptionThe plastic behavior of a metallic material is resultant of non-linearities which leads to complex stress-strain fields, making it difficult to devise analytical relationships beyond the elastic domain. Traditionally, the material’s stress-strain relationship has been acquired from uniaxial testing, which is widely used to describe its behavior under plastic deformation. However, there are samples that due to their configurations cannot be tested using the uniaxial tensile test. Furthermore, the hardness test is more versatile, operative, cheaper, and faster than the uniaxial test. When it comes to traditional hardness tests, such as in the Brinell, Knoop, Rockwell, and Vickers, they have been mostly used as a way to assess the capability a material has to resist plastic deformation. They relate the applied load to the resultant area or depth of indentation impressed in the material. The technique developed and presented here has gone beyond that by determining other material properties in addition to hardness. Therefore, this work presents two approaches to describe the hardening behavior of metallic materials from indentation hardness tests. The Brinell hardness test is the chosen method due to its simplicity and versatility. The methodology consists of performing three Brinell hardness tests in three distinct configurations, to have a representative material’s response. A multi-image analysis of the indention impressions is performed in a confocal laser microscope, providing the experimental indentation responses. They are obtained to be a reference which with the predicted output of repeated FEM modeling is compared. In this process, several trial stress-strain curves are provided to minimize the discrepancy between numerical and experimental data in an iterative FEM modeling of the indentation process. The process runs until reaching the established tolerance and thus providing the hardening parameters that best fit the experimental data. As mentioned, two approaches were developed. The first, designated as Indentation Reaction Curve (IRC) approach, numerically replicates the load-final depth response of an experimental indentation test. The second, designated as Indentation Profile (IP) approach, numerically replicates the same indentation impressions left in the specimen by the indenter in an experimental indentation test. To facilitate the use of this resource by other users, a user-friendly interface was also built. A tutorial on how to use it is included in APPENDIX A. Lastly, the hardening curves obtained from uniaxial tests and the approaches presented here are compared. Four materials were analyzed: the SAE 1524, SAE 4340 A (annealed), SAE 4340 N (normalized), and Aluminum 6101. Their parameters were determined by IRC, IP, and tensile test approaches. However, with exception for the SAE 1524, the results showed that the curves obtained from uniaxial tensile tests for these materials were not adequate to use in compressive analyses because they were not able to predict the experimental indentation responses. Consequently, the hardening curves obtained from IRC and IP approaches did not match those from uniaxial tensile tests for the SAE 4340 A, SAE 4340 N, and Aluminum 6101. The hypothesis assumed is that these materials present distinct behavior under tension and compression.-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Direitos: dc.rightsA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.-
Palavras-chave: dc.subjectDeformações (Mecânica)-
Palavras-chave: dc.subjectPlasticidade-
Palavras-chave: dc.subjectMetais - propriedades mecânicas-
Título: dc.titleExtraction of plasticity parameters of metallic materials from spherical indentation tests and fem modelling-
Tipo de arquivo: dc.typelivro digital-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional – UNB

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