Estudo de modelos numéricos na representação de fenômenos viscoelásticos da poliamida quando sob efeito de absorção de água

Abstract

O uso de materiais poliméricos em aplicações de engenharia estrutural está exigindo uma maior precisão na sua modelagem. Polímeros possuem comportamentos mecânicos que trazem um importante desafio no seu modelamento, como por exemplo, respostas não lineares, sensibilidade a temperatura e velocidade de deformação. O modelamento constitutivo pode ser ainda mais complexo quando estes se encontram sob influência da umidade, que pode levar a diferentes níveis de absorção de água. Assim, este trabalho tem como objetivo estudar modelos que sejam capazes de representar a sensibilidade do comportamento mecânico frente a absorção de água em uma poliamida usada em aplicações estruturais. Através de uma analogia do princípio de superposição tempo-temperatura, foram estudados 3 modelos que têm potencial de incorporar este o efeito na resposta viscoelástica (Williams-Landel-Ferry, Cohen e Turnbull, e Narayanaswamy). Utilizando dados experimentais de uma análise dinâmico mecânica, com varredura de frequência para 3 diferentes níveis de absorção de água, foi possível obter os parâmetros constitutivos de modelos viscoelásticos baseados na série de Prony, e das referidas funções de translação.

The use of polymeric materials in structural engineering applications is demanding greater precision in their modeling. Polymers have mechanical behaviors that pose an important challenge in their modeling, such as, for example, non-linear responses, temperature sensitivity and deformation speed. Constitutive modeling can be even more complex when they are under the influence of moisture, which can lead to different levels of water absorption. Thus, this work aims to study models that are capable of representing the sensitivity of mechanical behavior against water absorption in a polyamide used in structural applications. Through an analogy of the timetemperature superposition principle, three models were studied that have the potential to incorporate this effect in the viscoelastic response (Williams-Landel-Ferry, Cohen and Turnbull, and Narayanaswamy). Using experimental data from a dynamic mechanical analysis, with frequency scanning for three different levels of water absorption, it was possible to obtain the constitutive parameters of viscoelastic models based on the Prony series, and of the referred translation functions. The results showed that the function of the Williams-Landel-Ferry model was the most representative of the sensitivity to water absorption, being able to estimate with good accuracy its behavior at different frequencies of viscoelastic excitation.