Modelação constitutiva de materiais carregados com fibras

Abstract

O trabalho realizado teve como objetivos a exploração, aplicação e validação de metodologias de modelação de materiais, reforçados com fibras curtas, utilizando como alicerce principal o software Digimat, que servirá tanto para a modelação constitutivas dos materiais como para o acoplamento de softwares. Serão ainda utilizados o MoldFlow, para a simulação numérica do processo de modelação por injeção e o ABAQUS, para a realização da simulação estrutural. O uso destes tem como finalidade a obtenção de uma simulação o mais próxima da realidade possível, tendo em conta a influência dos parâmetros do processo na simulação estrutural. De forma a possibilitar um estudo comparativo entre realidade e simulação, foram realizados ensaios de flexão em provetes, cujo material era um polipropileno reforçado com 30% de fibra, obtendo-se assim o comportamento mecânico do material real que será comparado com o comportamento do material modelado, através de curvas tensão/deformação. Antes da execução das simulações, estudou-se ainda algumas metodologias relacionadas com a modelação do material e com o acoplamento de softwares. Isto permitiu escolher os melhores métodos e parâmetros a usar na análise, tornando-a mais próxima da realidade experimental. Com o primeiro caso de estudo é possível observar que as capacidades deste tipo de análise são bastante satisfatórias para casos simples, como é o caso dos provetes, obtendo-se resultados bastante próximos da realidade experimental. Constata-se também que a temperatura do fundido tem um grande impacto nas propriedades mecânicas do material e que a influência das restantes variáveis do processamento estudadas não é a mesma para o caso experimental e para o simulado. Com o segundo caso de estudo observam-se também resultados bastante próximos da realidade experimental e, sendo este caso muito mais complexo que os provetes, chega-se à conclusão que a utilização destas metodologias de simulação acoplada leva a resultados precisos tanto para casos simples como para complexos.

This study had the objectives of exploration, implementation and validation of methods to modeling short fiber reinforced materials, using as main foundation the software Digimat, which is used to both modeling the materials as for coupling softwares. It will also be used MoldFlow for numerical simulation of the injection molding process and ABAQUS, to carry out the structural simulation. The use of these aims to obtaining a simulation as close to reality as possible, taking into account the influence of process parameters on the structural simulation. In order to enable a comparative study between reality and simulation, were conducted flexural tests to test specimens, where the material was a polypropylene reinforced with 30% fiber, thus obtaining the mechanical behavior of the actual material to be compared with the behavior of the modeled material through stress/strain curves. Prior to the execution of simulations, studies were carried out regarding some methodologies related to the modeling material and the software coupling. This permitted to choose the best methods and parameters to use in the analysis, making it closer to the experimental reality. In the first case study is possible to observe that the capacities of this type of analysis are quite satisfactory for simple cases, as is the case of the test specimens, obtaining results very close to experimental reality. It is also noted that the melt temperature has a major impact on the mechanical properties of the material and that the influence of the other processing variables studied is not the same for the experimental and simulated cases. In the second case study are also observed results very close to the experimental reality and being this case much more complex that the test specimen case, it becomes apparent that the use of these coupled analysis methodologies lead to accurate results for both simple and complex cases.