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Título: Influence ranges of the stress invariants and hardening types on the mechanical behavior of materials : monotonic and cyclic applications
Autor(es): Araújo, Lucas Mangas
E-mail do autor: lucasmangas96@gmail.com
Orientador(es): Malcher, Lucival
Assunto: Invariantes de tensão
Fratura dúctil
Fadiga
Data de publicação: 1-Dez-2021
Referência: ARAÚJO, Lucas Mangas. Influence ranges of the stress invariants and hardening types on the mechanical behavior of materials: monotonic and cyclic applications. 2021. 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Resumo: O presente trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos dos invariantes de tensão I1 e J3 no comportamento mecânico de ligas metálicas. Nesse sentido, o comportamento do aço SAE 1045 em Fratura Dúctil, Fadiga de Baixíssimo (ULCF) e Baixo de Número de Ciclos (LCF) é investigado baseado nos dados experimentais fornecidos por Bai (2008) e Leese e Socie (1989). Além disso, um modelo constitutivo baseado no critério de escoamento do Gao (Gao et al. 2011) com endurecimento misto (isotrópico e cinemático) é proposto para capturar os efeitos do I1 e J3. As simulações numéricas conduzidas assumindo um comportamento do tipo von Mises não descreveram de forma apropriada os resultados experimentais de Fratura Dúctil, ULCF e LCF, o que comprovou a dependência do aço SAE 1045 com relação ao I1 e J3 . Depois da calibração dos parâmetros a e b do Gao, as respostas numéricas obtidas descreveram de forma mais coerente os dados experimentais. Interessantemente, tanto a quanto b são afetados pelo tipo de endurecimento considerado. Em particular, diferenças consideráveis entre a modelagem baseadas em Mises e no Gao surgiram em condições monotônicas e em ULCF, enquanto as disparidades entre essas duas formulações constitutivas foram menos substanciais em LCF. No entanto, a evolução da deformação plástica acumulada espera pelas modelagens do tipo Mises e Gao foram bastante distintas em LCF, o que sugere que modelos sensíveis aos invariantes de tensão podem ser atrativas para estimativas de vida a fadiga por meio de técnicas incrementais.
Abstract: The objective the present work is to evaluate the effects of the stress invariants I1 and J3 on the mechanical behavior of metallic materials. In this regard, the Ductile Fracture (monotonic), Ultra-Low (ULCF) and Low Cycle (LCF) fatigue behavior of SAE 1045 steel was analyzed supported by the experimental information furnished by Bai (2008) and Leese and Socie (1989). Furthermore, a Gao-based model (Gao et al., 2011) with mixed (isotropic and kinematic) hardening was proposed to capture I1 and J3 influences. The numerical simulations conducted assuming von Mises behavior did not described properly the mechanical response from Ductile Fracture, ULCF, and LCF data, which demonstrated the SAE 1045 steel dependence on I1 and J3. After the calibration of Gao’s a and b parameters, the numeric responses provided better agreement with respect to experiments. Interestingly, a and b were affected by the hardening type considered. In particular, significant differences between Mises and Gao based constitutive modeling arose in monotonic and ULCF conditions, while the discrepancies in LCF were less pronounced in terms of stress amplitudes. Nevertheless, the evolution of the accumulated plastic strain expected by Mises and Gao approaches deviated considerably, which suggests that stress invariants formulations may be an attractive option for incremental techniques for fatigue life assessments.
Unidade Acadêmica: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)
Informações adicionais: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas
Licença: A 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.
Agência financiadora: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
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