Simulação numérica e verificação experimental do comportamento elástoplástico de espumas metálicas

Abstract

Esta dissertação de mestrado analisa o comportamento elásto-plástico de espumas metálicas à compressão, através do estudo numérico e da verificação experimental. No estado da arte são apresentados vários processos de fabrico de espumas metálicas, são apresentadas algumas propriedades mecânicas e físicas das espumas metálicas e alguns estudos numéricos realizados a espumas deste tipo. Foram realizados ensaios experimentais de tração a provetes com o mesmo material utilizado nas espumas, que possibilita delinear o perfil deste material através de uma curva tensão-extensão. Ensaiou-se, experimentalmente, os dois tipos de espumas metálicas utilizadas no estudo, com e sem parede, permitindo uma análise comparativa entre os resultados obtidos numericamente e os obtidos experimentalmente. Para determinar o comportamento mecânico das espumas metálicas numericamente, foi utilizado o software de elementos finitos Ansys Workbench, na opção de estudos estruturais estáticos, permitindo definir a curva carga-deslocamento para cada espuma, analisar a rigidez e energia de deformação de cada espuma e comparar estes parâmetros com os obtidos nos ensaios experimentais. Finalmente, é realizado, também, uma análise comparativa, para um tipo de espuma em estudo, entre dois programas: Ansys Workbench e CosmosWorks.

This Master Thesis analysis the elastic-plastic behavior of metal foams in compression threw the numerical study and experimental validation. In the state of the art, it’s presented several manufacturing processes of metal foams, their mechanical and physical properties and some numerical studies made to them. Experimental traction tests were made to specimens manufactured in the same material used in the metallic foams with the intention of defining a tension-extension curve. It was tested the two types of metal foams used in the study, with and without wall, permitting a comparative analyses between the results obtained numerically and experimentally. To determine the mechanical behavior of the foams in the numerical analysis, it was used the finite elements software Ansys Workbench, using the “Static Structural” option. This permitted to define the load-displacement curve to each, to analyze the rigidity and energy of deformation of foams and compare these parameters with those obtained from experimental tests. Finally, it is also performed a comparative analysis for a foam type under consideration, between two programs: Ansys Workbench and CosmosWorks.