Metodologia para simulação de elastômeros considerando estratificação das propriedades de cura

Abstract

Esse trabalho tem por objetivo desenvolver uma ferramenta para previsão das características da cura em borrachas, através da análise numérica de modelos fenomenológicos de vulcanização correlacionados às análises térmicas via método dos elemento finitos. A metodologia é baseada em simular o processo de vulcanização no molde, estimando-se a energia de ativação e simulando o histórico de temperaturas dentro do molde, estratificando o volume do componente por faixas de vulcanização. A partir da caracterização mecânica da borracha nos seus diversos estados de cura, as propriedades constitutivas são especificadas de forma segregada para cada diferente região do componente, que então é simulado em situação de operação. Desta forma, é possível analisar as consequências sobre o comportamento mecânico de componentes parcialmente curados ou melhorar o processo de moldagem a fim de minimizar as diferenças decorrentes do processo. Usam-se como objeto de estudo apoios elastoméricos de pontes não fretados, comparando alterações na resposta do componente perfeitamente curado com situações industriais onde isso não é possível. Como resultado, obtém-se uma estratificação de cura com erros de aproximadamente 2% para percentuais de cura superiores a 50% e diferenças consideráveis para o estado de tensões do modelo com cura homogênea e estratificada.

This work develops a tool to predict vulcanization properties in rubber, based on numerical analysis of phenomenological model correlated with the thermal history of rubber in mold vulcanization. This methodology simulates mold cure process by finite element method, estimating the activation energy and dividing the component into different cure regions. After the mechanical characterization of the rubber with different cure percentages, the constitutive properties are specified in a segregate form in each different cure region of the component, emulating the mechanical behavior of the component in operation. This way it is possible to analyze stresses and strains in components with 100% of cure and in components with incomplete cure. The methodology is applied to a thick rubber piece used to support the track in road bridges. As result, the mean error is about 2% for cure level above 50% and the stratified model present different state of stress in comparison with the homogeneous cure model.