Investigação numérico-experimental de modelos de dano em estudo mecânico-energético da fratura dúctil de aços estruturais de alta tenacidade

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pereira, Letícia dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Ductile Damage; Charpy; ductile fracture; fratura dúctil; GTN; modified tensile test; tração modificado; XFEM
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85133/tde-25102024-111940/

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.