Análise viscoelástica em projeto com polímeros termoplásticos

Abstract

O presente trabalho efetuado, procurou abordar o problema estrutural de um componente industrial no domínio da viscoelasticidade, recorrendo para tal ao software de simulação dos elementos finitos, Abaqus CAE. Neste âmbito, é realizada uma comparação com a análise estática do modelo numérico de modo a prever as tensões e deformações a longo prazo que não estavam previstas na fase de projeto. Inicialmente, a abordagem do problema da viscoelasticidade, procedeu-se com o estudo de modelos de aproximação ao comportamento viscoelástico desde os modelos mais elementares aos mais complexos, mencionando os principais atributos e limitações. Posteriormente, foram expostos métodos e técnicas de aproximação que visam ajustar dados experimentais provenientes de ensaios dinâmicos e estáticos, caracterizando o material no regime viscoelástico. Esta aproximação dos dados experimentais procurou obter parâmetros de uma função específica designada como função exponencial em série de Prony que descreve o comportamento do material em função do tempo ou frequência. Numa vertente mais prática do estudo da viscoelasticidade, foi analisado um caso de estudo industrial convencional denominado como ensaio de relaxação de tensões, que valida a caracterização do material no domínio da viscoelasticidade. A reprodução deste ensaio no Abaqus permitiu atestar a existência de relaxações de tensões no corpo de prova, bem como os períodos de recuperação do material e as componentes da deformação existentes (elástica e viscosa). Nos resultados obtidos na simulação do domínio da viscoelasticidade para o caso industrial, verificou-se que existem deformações em determinadas zonas que não estavam inicialmente contabilizadas no domínio estático e que estas só se verificam para períodos de tempo longos. Confirma-se ainda que após o tempo de aplicação da carga, o material recupera instantaneamente uma grande parte da deformação fruto da sua componente elástica e e uma parte da deformação viscoelástica do sistema onde esta depende do tempo. São também observados períodos de relaxação de tensões do material.

The present work looked to approach the structural problem of an industrial component in the viscoelasticity domain, using the simulation software for finite elements, Abaqus CAE. In this context, is made a comparison with the static analyses of the numerical model in a way to predict the tensions and deformations in the long term that were not foreseen at the project stage. Initially, the approach to the viscoelasticity problem was made with the study of the approximation models to the viscoelastic behavior, from the more basic models to the more complex ones, mentioning the major attributes and limitations. Afterwards were explored methods and techniques of approximation that look to adjust experimental data from dynamic and static trials, characterizing the material in the viscoelastic domain. This approximation to the experimental data was pursued to obtain the parameters of a specific function designated as exponential function in Prony's series which describes the material behavior in function of time or frequency. In a more practical side of the study of viscoelasticity, an industrial conventional case study known as tension relaxation trial was analyzed, validating the characterization of the material in the viscoelasticity domain. The reproduction of this trial in the Abaqus software allowed to attest the existence of tension relaxation on the body of proof, as well as the periods of material recuperation and the components of the existing deformation (elastic and viscous). Within the results obtained through the simulation of the viscoelasticity domain for the industrial case, it was verified that deformations in certain zones that were not originally accounted for in the static domain do exist and that these were only verified to long periods of time. Furthermore it was confirmed that after the charge application time the material instantaneously recovers a big part of the deformation, due to its elastic component and a part of the viscoelastic system deformation where this one depends of time. Periods of relaxation of tensions are also observed.