Caracterização de materiais termoplásticos : projeto de dispositivo e metodologia de ensaio para teste ARCAN modificado

Abstract

Conhecer a resposta mecânica de materiais frente a diferentes esforços é de fundamental importância no projeto e desenvolvimento de componentes mecânicos, principalmente quando este material possui comportamento não linear e dissipativo. Os materiais termoplásticos são de grande interesse na indústria devido a sua facilidade de fabricação, porém encontram barreiras técnicas em aplicações que possuem comprometimento estrutural, uma vez que são difíceis de caracterizar numericamente e experimentalmente. O principal problema é oriundo da grande variabilidade na resposta mecânica que este pode apresentar, segundo a técnica de fabricação escolhida para o componente mecânico. Por ter um comportamento completamente diferente de materiais metálicos, devido a sua organização interna, os materiais termoplásticos necessitam de técnicas experimentais adequadas para fornecer respostas úteis na sua caracterização mecânica, como curvas de força-deslocamento ou tensão-deformação. Assim, este trabalho apresenta um estudo de técnicas de ensaio capazes de obter dados para caracterizar experimentalmente materiais, e então propõe um único dispositivo capaz de realizar diferentes esforços internos e obter repostas mecânicas úteis para sua caracterização. Para isto um dispositivo, baseado no teste Arcan, é proposto especificamente para materiais termoplásticos. Juntamente com tal dispositivo, geometrias dos corpos de prova também são definidas para dois procedimentos experimentais. Com este trabalho, chega-se a um protótipo do dispositivo capaz de obter respostas mecânicas de força e deslocamento úteis para caracterização de materiais termoplásticos. Por fim, é apresentado um estudo numérico da possibilidade do uso de valores médios para tensão uniaxial e cisalhante pura nos corpos de prova propostos.

Know the mechanical response of materials to different stresses have fundamental significance in project and development of mechanical components, especially when this material has non-linear and dissipative behavior. The industry has large interest in thermoplastic materials, because of their ease of manufacturing. However, there are technic barriers in applications who have structural commitment, once that they are hard to numerical and experimentally characterize. The main problem become from the big variability in the mechanical response that it can present, according to the chosen manufacturing technic. Because of their behavior that is completely different from metallic materials, due to their intern organization, the thermoplastic materials needs appropriate experimental techniques to provide useful responses in your mechanical characterization like load-displacement or stress-strain. Therefore, this work presents a study of techniques capable of obtain data to experimentally characterize materials, and then purpose one device capable of execute different internal stresses to obtain useful mechanical responses. For this, a device based on Arcan test was suggested specifically to thermoplastic materials. Along with this device, specimen geometries are determined for two experimental procedures. With this work, a prototype capable to obtain mechanical responses of load and displacement useful to thermoplastic materials characterization was achieved. Lastly, a numerical study of the possibility to use mean values of uniaxial and pure shear stress on the suggested specimens.