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Title: Desenvolvimento e validação numérico-experimental de corpo de prova unificado para ensaios mecânicos de polímeros termoplásticos injetados
Authors: Tavares, D. B.
Advisor: Donato, Gustavo H. B.
Issue Date: 2016
Abstract: Os componentes poliméricos termoplásticos de engenharia são em sua grande maioria produzidos por injeção e no geral são submetidos a carregamentos multiaxiais, tornando necessário conhecer as propriedades mecânicas para diferentes formas de carregamentos com o objetivo de otimizar ao máximo o produto em desenvolvimento. Porém, o panorama atual das normas técnicas define a realização de ensaios de tração, compressão e torção com corpos de provas distintos e metodologias não diretamente comparáveis, dadas as diferentes geometrias, volumes amostrados e os diferentes campos de tensões nos corpos de prova. Portanto, é de potencial relevância obter um corpo de prova com geometria unificada que possa ser utilizado para todos os tipos de ensaios mencionados anteriormente, e desta forma promover a comparabilidade de resposta dos polímeros para diferentes carregamentos, o que permitirá adotar uma metodologia robusta para o estudo do desbalanceamento destes materiais e do seu emprego em componentes complexos reais. Seguindo trabalhos anteriores do mesmo grupo de pesquisa, que efetuaram estudos exploratórios da existência de desbalanceamento nas propriedades dos polímeros e que fizeram propostas numéricas de novas geometrias de corpos de prova, este trabalho objetiva a proposição e validação de um corpo de prova unificado que possa ser injetado e atenda aos ensaios de tração, compressão e torção, com eficiência e repetibilidade. A metodologia envolveu o projeto do corpo de prova, simulação de elementos finitos para garantir uma geometria viável, projeto e construção de um molde de injeção, realização do processo de injeção de termoplásticos usuais e ensaios de tração, compressão e torção, com foco na validação final. Os resultados obtidos por meio das simulações numéricas da geometria unificada demonstraram uniformidade dos campos de tensões até próximo ou acima da tensão de instabilidade. O molde de injeção proposto atendeu aos resultados objetivados, com isenção de bolhas na região útil das amostras. Os ensaios experimentais demonstraram que a geometria unificada foi capaz de atender aos ensaios propostos, com repetibilidade e reprodutibilidade, tornando também possível a determinação do desbalanceamento com elevado grau de precisão.
Thermoplastic components are, in most cases, produced by injection and can be submitted to multiaxial loading. This context encourages the accurate determination of the mechanical properties under varying loading regimes in order to support structural optimization efforts related to the product. However, current standards define different procedures for tensile, compression and torsion tests with distinct specimens and methodologies; properties are therefore not directly comparable due to different geometries, sampled volumes and stress fields within specimens. Consequently, it is potentially relevant to obtain a specimen with unified geometry, able to perform all tests as mentioned previously and thus guarantee the response comparability of thermoplastics under varying loadings. Based on previous works from the same research group, that performed exploratory studies in order to verify the existence of uneven mechanical properties and also carried out numeric proposal for new specimen geometries, this work intends to propose and validate a unified specimen which is feasible to be produced by injection and fulfill tension, compression and torsion tests with greater efficiency and repetibility. The methodology includes refined finite element simulations in order to ensure uniform stress fields in all tests. In addition, includes the design and construction of an injection mold and mechanical tests with focus on the final validation. The results from the numerical simulations revealed the uniformity of stress fields until or above the prescribed stress instability. The designed injection mold was successful considering the requirements, and provided samples free of bubbles in the useful region. The results of experimental tests proved that unified geometry could be employed to all desired tests, with good level of repeatability and reproducibility, making possible to determine accurate mechanical properties and the uneveness level to support mechanical design.
Keywords: Termoplásticos
Termoplásticos - ensaios mecânicos
Publisher: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
DOI: https://doi.org/10.31414/EM.2016.D.128710
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/75
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