Uma metodologia para caracterização mecânica de uma manga de termoplástico para semi-eixo homocinético

Abstract

Polímeros termoplásticos são materiais que podem apresentar comportamento mecânico de difícil caracterização, que geralmente não podem ser representados pela lei de Elasticidade Linear (Hooke Generalizado) devido sua não linearidade. Existem em literatura, diversos modelos que permitem representar os comportamentos mecânicos de materiais poliméricos não lineares, que levam o nome de hiperelasticos. Estes materiais podem mudar significativamente seu comportamento dependendo do processo de fabricação utilizado. Logo, a proposta deste trabalho é estudar a caracterização do comportamento de uma manga de termoplástico aplicada em semi-eixos homocinéticos utilizando-se uma abordagem numéricoexperimental. A caracterização deste tipo de material é realizada a partir da obtenção de parâmetros de modelos constitutivos através do ajuste de respostas mecânicas obtidas experimentalmente diretamente sobre o componente. No presente trabalho foram propostos três tipos de ensaios, sendo um deles realizado com corpos de prova extraídos do componente e os demais realizados com o componente final. Similarmente, foi desenvolvida uma simulação no software de elementos finitos ANSYS que representasse as mesmas condições de contorno expressas nestes ensaios. Além disso, foi implementada uma rotina no software MATLAB que permite identificar os parâmetros que melhor se adequam às respostas mecânicas reais para o modelo de Elasticidade Linear e o modelo Hiperelástico de Mooney-Rivlin. Os resultados demonstram que a metodologia implementada foi capaz de obter parâmetros constitutivos para os modelos estudados permitindo caracterizar o material diretamente com dados obtidos do componente.

Thermoplastic polymers are materials that can present mechanical behavior of difficult characterization, which generally cannot be represented by the law of Linear Elasticity (Hooke) due to its non-linearity. There are in literature several models that allow representation of the mechanical behavior of nonlinear polymeric materials, which are called hyperelasticity. These materials can significantly change their behavior depending on the manufacturing process used. Therefore, the purpose of this work is to study the characterization of the behavior of a thermoplastic boot applied to halfshafts using a numerical-experimental approach. The characterization of this type of material is carried out by obtaining parameters of constitutive models through the adjustment of mechanical responses obtained experimentally directly on the component. In the present work three types of tests were proposed, one of them being carried out with test specimens extracted from the component and the others carried out with the final component. Similarly, a simulation was developed in the finite element software ANSYS that represented the same test conditions expressed. In addition, a routine was implemented in the software MATLAB to identify the parameters to the Linear Elasticity model and the Mooney-Rivlin Hyper Elastic model that best fit the real mechanical responses. The results demonstrate that the presented methodology was capable of obtaining constitutive parameters for the studied models allowing material characterization through experimental data from the final component.