11//17

Análise por elementos finitos do Análise por elementos finitos do

contato em ensaios de indentação contato em ensaios de indentação

instrumentadainstrumentada

Aluno: Gustavo S. BöhmeAluno: Gustavo S. Böhme

Orientador: Prof. Dr. Roberto Martins de SouzaOrientador: Prof. Dr. Roberto Martins de Souza

22//17

ObjetivosObjetivos

Estudar a capacidade de representar o Estudar a capacidade de representar o ensaio de indentação instrumentada através ensaio de indentação instrumentada através de MEFde MEF

Estudar a influência do ângulo e raio do Estudar a influência do ângulo e raio do indentador em diferentes materiaisindentador em diferentes materiais

33//17

SumárioSumário

• IntroduçãoIntrodução

• Ensaio de indentação instrumentadaEnsaio de indentação instrumentada

• MetodologiaMetodologia

• Modelo de elementos finitosModelo de elementos finitos

• ResultadosResultados

• ConclusõesConclusões

44//17

Indentação InstrumentadaIndentação Instrumentada

Condições de Condições de trabalho do materialtrabalho do material

Pequenos volumesPequenos volumes

Materiais com filmesMateriais com filmes

55//17

Curva carga-deslocamento, P-hCurva carga-deslocamento, P-h

P = K ( h – h f )m

Oliver e Pharr (1992)

66//17

MetodologiaMetodologia

Análise de modelo existenteAnálise de modelo existente

Criação do modelo próprioCriação do modelo próprio

Variação de parâmetrosVariação de parâmetros

Análise de dadosAnálise de dados

Ensaios de traçãoEnsaios de tração

Ensaios de indentaçãoEnsaios de indentação

Comparação com MEFComparação com MEF

77//17

FluxogramaFluxograma

Estudo Bibliográfico

Aprendizagem do software

Criação de modelo

Análise de modelo

Ensaio de indentação

Variação de parâmetros

Análise de curvas P-h

Ensaios de tração

88//17

Modelo de elementos finitosModelo de elementos finitos

99//17

PropriedadesPropriedades

Análise estáticaAnálise estática

Contato Contato Surface-to-surfaceSurface-to-surface

Sem atritoSem atrito

Elemento CAX4R Elemento CAX4R

MaterialMaterial

Alumínio 6063Alumínio 6063

E = 68 GPaE = 68 GPa

LE = 165 MPaLE = 165 MPa

Carga máxima 1 NCarga máxima 1 N

1010//17

Influência dos nós em contatoInfluência dos nós em contato

1111//17

Curva Experimental x SimuladaCurva Experimental x Simulada

Curva Pxh

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,00E+00 1,00E-06 2,00E-06 3,00E-06 4,00E-06 5,00E-06 6,00E-06 7,00E-06

Profundidade [m]

Ca

rga

[N

]

PráticaSimulação R=1,5µmSimulação R=0,75µmSimulação R=0,10µm

1212//17

Influência do limite de escoamentoInfluência do limite de escoamento

Curva Pxh (Raio 1,5 μm - 70,3°)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,00E+00 2,00E-06 4,00E-06 6,00E-06 8,00E-06Profundidade [m]

Ca

rga

[N

] Ensaio real

Maior escoamento

Menor escoamento

Escoamento médio

1313//17

Uso do módulo reduzidoUso do módulo reduzido

Curva Pxh (Raio 1,5 μm - 70,3°)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,00E+00 1,00E-06 2,00E-06 3,00E-06 4,00E-06 5,00E-06 6,00E-06 7,00E-06

Profundidade [m]

Ca

rga

[N

]

Prática

Simulação (MOD red)

Simulação

1414//17

Influência do raio do indentadorInfluência do raio do indentador

1515//17

Área de contatoÁrea de contato

1616//17

ConclusõesConclusões

1.1. A diminuição do tamanho dos elementos da malha aumenta o A diminuição do tamanho dos elementos da malha aumenta o

número de elementos do material em contato com o indentadornúmero de elementos do material em contato com o indentador

• O aumento do número de elementos do material em contato diminui a O aumento do número de elementos do material em contato diminui a

instabilidade na curva de carregamento resultante do MEF. instabilidade na curva de carregamento resultante do MEF.

• Elementos muito pequenos, no contato, causam o interrução da Elementos muito pequenos, no contato, causam o interrução da

simulação. simulação.

2.2. A diminuição do radio de arredondamento do indentador aumenta a A diminuição do radio de arredondamento do indentador aumenta a

diferença entre as curvas Pxh das simulações e as experimentais.diferença entre as curvas Pxh das simulações e as experimentais.

3.3. As discrepâncias entre as curvas experimentais e as obtidas na As discrepâncias entre as curvas experimentais e as obtidas na

simulação não tem seu origem em erros na estimação do limite de simulação não tem seu origem em erros na estimação do limite de

escoamento do material indentado.escoamento do material indentado.

1717//17

ObrigadoObrigado