Desenvolvimento de uma ferramenta numérica para implementação de modelos elastoplásticos no MEF - Reis, Jorge Daniel de Jesus (2015)
Os processos de conformação plástica de materiais metálicos encontram-se presentes nas mais diversas indústrias do nosso quotidiano e são responsáveis por uma grande variedade de produtos e sub-produtos. A simulação numérica permite uma otimização dos ciclos de desenvolvimento, sendo estes muito mais expeditos e económicos. Hoje em dia, a utilização de programas de simulação baseados no método dos elementos finitos é usual quer na comunidade científica quer na comunidade industrial. Estes permitem a previsão de processos de deformação de materiais cujo comportamento seja representado por modelos e equações clássicas. No entanto, a maioria dos materiais não apresenta um comportamento tão simplista sendo necessário o desenvolvimento de modelos e a sua implementação em códigos de simulação pelo MEF. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta que permite ao utilizador, de forma automática e intuitiva, a implementação através do método dos elementos finitos, de modelos constitutivos de material em programas comerciais. Esta, desenvolvida em ambiente MatLab e recorrendo à computação simbólica, permite uma poupança de tempo na implementação de modelos constitutivos através de subrotinas de utilizador. A metodologia desenvolvida permite a integração automática da (i) parte elástica isotrópica, (ii) de um modelo de cedência, (iii) de um modelo de encruamento plástico e (iv) do módulo elastoplástico do modelo constitutivo para um programa de simulação pelo MEF. A ferramenta foi testada com recurso ao uso de dois critérios de cedência, nomeadamente von Mises e Hill'48. Procedeu-se também à verificação da implementação de leis de encruamento isotrópico e cinemático, tendo sido escolhidas para teste as leis de Voce, Swift e Prager. A validação da ferramenta desenvolvida foi efetuada pelos resultados obtidos com as subrotinas geradas. Numa primeira fase, comparou-se as curvas tensão-deformação obtidas diretamente pela ferramenta com as do programa Abaqus, recorrendo a ensaios mecânicos convencionais em condições homogéneas de tensão e deformação. Numa segunda fase, a validação do cálculo automático do módulo elastoplástico consistente foi feita pela comparação de resultados obtidos com os resultados de uma subrotina desenvolvida analiticamente.