Análise numérica dos modelos de Lemaitre e Gurson em corpos de prova entalhados

Abstract

Esta dissertação tem como objetivo análisar numericamente os modelos de mecânica do dano de Lemaitre e de Gurson aplicados na liga de alumínio 6101-T4 e na liga de aço AISI 4340 recozido. Os ensaios experimentais foram realizados de modo a permitir a análise da deformação plástica equivalente na fratura e a influência de altos níveis de razão de triaxialidade, a partir da aplicação de cargas monotônicas de tração em corpos de prova(CP) cilindrícos entalhados com 10mm, 6mm e 4mm de raio de entalhe. A liga AA6101-T4 e AISI 4340 foram selecionadas de modo a permitir, também, a análise da influência do nível de ductilidade no desempenho de cada modelo. Preliminarmente, foram abordados os detalhes matemáticos de cada modelo de dano, bem como, seus respectivos algoritmos de integração implicita, por meio da resolução de sistemas não-lineares de equações pelo método de Newton-Raphson. Observou-se que a deformação plástica equivalente na fratura diminui com o aumento do nível da razão de triaxialidade para ambas as ligas estudadas e em ambos os modelos, sendo que o modelo de Lemaitre mostrou-se mais otimista em comparação aos resultados experimentais, indicando que o material poderia resistir mais a fratura enquanto na prática o corpo de prova já havia fraturado, e o modelo de Gurson se mostrou mais conservador em sua previsão de fratura dúctil, indicando que o CP teria fraturado em um ponto anterior ao verificado experimentalmente. Quanto a determinação do local para inicio da falha no CP, ambos os modelos apresentaram boa capacidade preditiva, sendo que o melhor desempenho ocorreu para a liga de alumínio, que possui maior nível de ductilidade. Para a liga AISI 4340, menor ductilidade, o modelo de Lemaitre apresentou erros relativos ao deslocamento na fratura significativamente maiores do que o modelo de Gurson, indicando seu uso, preferencialmente, em materiais com maiores níveis de ductilidade.