Ao adicionar materiais não lineares a uma biblioteca pessoal, é possível caracterizá-los como Elástico, Plástico ou Elasto-plástico.
Ao especificar dados de tensão-deformação para materiais não lineares Elásticos ou Plásticos, é preferível usar dados de tensão-deformação Verdadeiro. Os dados de tensão-deformação da *Engenharia são produzidos a partir de testes de tensão de materiais, em cujo caso as tensões são baseadas na área da seção transversal original da amostra. Isto é, os dados não são corrigidos para levar em conta a alteração na área da seção transversal da amostra de teste devido a deformação lateral ou radial. É difícil medir a alteração da área da seção transversal. Portanto, os dados de tensão-deformação verdadeiros são normalmente derivados de dados de tensão-deformação de engenharia ao fazer os cálculos apropriados.
Ao especificar materiais dúteis usando dados de tensão-deformação de engenharia, você deve entender as seguintes limitações:
Dica:
O comportamento de pós-produção de materiais dúteis pode ser representado por um segmento de linha reta com base em dois pontos de dados. O primeiro ponto de dados da região de plástico (pós-produção) é o ponto de escoamento, que também é o ponto final da faixa elástica. O segundo ponto é a resistência máxima à tração (UTS), que é a tensão máxima alcançada antes do início do pescoço e da falha. Este método tem uma base clara, já que envolve dois pontos de dados bem definidos e mensuráveis. É claro que, quando você define a curva do material dessa forma, a tensão aumenta linearmente com a tensão entre os pontos de escoamento e UTS.
Idealmente, ajuste o UTS e o valor de deformação correspondente para levar em conta a redução da seção transversal. Na região de plástico, a alteração de volume do material é insignificante (a relação de Poisson é de aproximadamente 0,5). É possível utilizar as seguintes equações para converter a tensão e a tensão de engenharia em tensão e tensão reais no UTS:
εt = ln(1+εe) σt = σe (1+εe)
onde:
Além dos UTS, a amostra de teste começa a ser rapidamente acoplada, a força de tração cai e a falha é iminente. Portanto, os dados de teste além do UTS não são muito significativos. No entanto, pode ser necessário estender a curva de tensão-deformação além do UTS para cobrir a faixa de deformação encontrada em uma simulação não linear. Se for o caso, utilize uma curva plana (inclinação zero) além do UTS para minimizar as dificuldades de solução.
As opções de endurecimento afetam a forma como o material se comporta quando a direção da deformação muda após a ocorrência da deformação. Para ajudá-lo a compreender as opções de endurecimento, visualize uma plotagem de deformação 3D. A origem da plotagem é o estado de deformação zero. Qualquer outro ponto no espaço 3D representa um vetor de deformação que atua sobre o material em questão, indicando a magnitude e a direção da deformação. Os materiais isotrópicos têm propriedades que são as mesmas, independentemente da direção da deformação. Agora imagine desenhar milhares de vetores em várias direções a partir da origem da plotagem, cada um deles só o suficiente para atingir a resistência ao escoamento inicial do material. Cada vetor teria a mesma magnitude (isto é, comprimento), e as pontas de cada vetor seriam localizadas na mesma distância radial da origem. Portanto, todos esses pontos de deformação de limite de escoamento estão em uma esfera centralizada sobre a origem da plotagem. Esta esfera é denominada superfície de escoamento, já que ela representa o limite de deformação em qualquer direção na qual a deformação inicial ocorre. Esta ilustração se aplica a todas as três opções de endurecimento. A diferença entre elas é o que ocorre quando a deformação é aumentada para além do rendimento, e a direção da deformação é subsequentemente alterada.
Exceder a resistência ao escoamento normalmente endurece um material, aumentando a resistência ao escoamento. A nova resistência ao escoamento endurecida pelo trabalho é o que chamaremos de tensão máxima.** Como o processo de endurecimento de trabalho afeta a superfície de escoamento esférica é o que diferencia os três modelos de endurecimento:
Isotrópico: o raio da superfície de escoamento esférica aumenta e a esfera permanece centralizada na localização original. Em outras palavras, a magnitude do vetor de deformação não é mais definida pela tensão de escoamento inicial do material. Em vez disso, os vetores de tensão agora são baseados na magnitude de tensão máxima, independentemente da direção da deformação. Portanto, a esfera foi expandida em tamanho.
Exemplo: suponha que o material esteja tensionado na direção +X (deformação de tração) até que tenha cedido e trabalhado endurecido para uma tensão máxima (SM) igual a 1,05 vezes a resistência ao escoamento inicial. Se a deformação for então invertida, a magnitude da deformação na direção -X (deformação de compressão) teria que produzir uma tensão de -SM para que a deformação adicional começasse. Em outras palavras, os valores de resistência à tensão e à compressão são inicialmente iguais e permanecerão iguais à medida que a deformação plástica e a intensificação do trabalho evoluírem, independentemente da direção da deformação.
A opção Endurecimento isotrópico é geralmente recomendada para situações onde ocorre apenas a dobra unidirecional.
Cinemática: o raio da superfície de escoamento esférica permanece inalterado, mas a localização da esfera é deslocada na direção da deformação. O ponto na superfície de escoamento (a ponta do vetor de deformação) coincide com a nova resistência do material endurecida pelo trabalho (a tensão máxima), mas somente na direção da deformação atual. A distância do centroide original (a condição de deformação zero) para qualquer ponto na esfera convertida não é mais uma constante.
Exemplo: suponha novamente que o material esteja tensionado na direção +X (deformação de tração) até que tenha cedido e trabalhado endurecido para uma tensão máxima (SM) igual a 1,05 vezes a resistência ao escoamento inicial (Sy). Agora, inverta a direção da deformação. A escoamento não recomeçará com uma tensão de -SM, como ocorria com a opção de endurecimento isotrópico. Em vez disso, a tensão seria um valor menor igual a SM - (2 * Sy). O raio da esfera não é alterado e permanece relacionado com a tensão de escoamento inicial (Sy). Este fenômeno reduz a tensão necessária para retomar o escoamento quando a direção da deformação muda após a endurecimento do trabalho. Em termos simples, esta opção foi projetada para capturar o caso em que o endurecimento em tensão pode levar a uma suavização posterior na compressão.
A opção de endurecimento cinemático é geralmente recomendada para situações onde ocorrem ciclos de dobra reversa.
Isotrópico + Cinemático - Esse método combina os efeitos das outras duas opções de endurecimento descritas anteriormente. A superfície de escoamento esférica se expande um pouco (mas menor do que para a opção Isotrópica). De forma similar, a esfera também se traduz um pouco (mas menos do que para a opção Cinemática). Portanto, os resultados calculados estão entre os resultados previstos pelos outros dois métodos.