Orientador: Renato Pavanello

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Este trabalho apresenta um modelo numérico do comportamento mecânico elasto-plástico e de fadiga de juntas soldadas de topo em chapas finas de liga de alumínio usando a técnica de Friction Stir Welding. O modelo leva em consideração a presença de tensões residuais transversais e...

Resumo: Este trabalho apresenta um modelo numérico do comportamento mecânico elasto-plástico e de fadiga de juntas soldadas de topo em chapas finas de liga de alumínio usando a técnica de Friction Stir Welding. O modelo leva em consideração a presença de tensões residuais transversais e longitudinais em relação à linha da solda. Foi utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) para construção dos modelos aproximados bi e tridimensionais, ambos considerando a não linearidade geométrica e não linearidade física. Uma das principais vantagens do MEF foi à possibilidade de trabalhar com propriedades diferentes dos materiais em elementos adjacentes, utilizando um modelo de chapa fino soldada composta por três regiões. A região do material base que não foi alterada pelo processo de soldagem, a região térmica afetada, que foi alterada apenas pela temperatura e a região do núcleo da solda onde foi alterada pela temperatura e pelo atrito entre a ferramenta de soldagem e a peça. Para a lei constitutiva do material foi utilizada a lei de Hooke em combinação com a Lei da Potência, isotrópica e homogênea, aplicadas em cada região, obtendo-se respostas mecânicas locais. A resposta mecânica global foi obtida, aplicando-se a regra da mistura às regiões da solda, considerando o comportamento de um corpo de prova soldado, que compreende diferentes camadas de material, semelhante a um modelo de associação de rigidezes em série. Os dados experimentais locais e globais, dados de entrada para o modelo, foram obtidos da literatura. Os modelos foram verificados pelas comparações das propriedades mecânicas tais como tensão de escoamento (a 0,2% de deformação), módulo de elasticidade, tensão última e parâmetros de encruamento: K e n. Finalmente a curva S-N da chapa soldada foi estimada baseando-se na análise estática e em dados experimentais de fadiga, a partir de um procedimento de correção efetuado usando-se os resultados da simulação. Esta metodologia foi aplicada a um caso de um corpo de prova solicitado por cargas axiais

Abstract: This work presents a numerical model of an elasto-plastic mechanical behavior and fatigue of a thin metal sheets butt welded aluminum alloy joint by Friction Stir Welding. The model take into account the presence of transverse and longitudinal residual stresses with respect to the weld...

Abstract: This work presents a numerical model of an elasto-plastic mechanical behavior and fatigue of a thin metal sheets butt welded aluminum alloy joint by Friction Stir Welding. The model take into account the presence of transverse and longitudinal residual stresses with respect to the weld line. The Finite Element Method (FEM) was used to build two and tridimensional model, both with geometric and physical nonlinearities. Using the FEM, it is possibility to work with different properties of materials in adjacent elements, using three different zones. The basic material zone, that wasn't changed by the weld process, a heat affected zone, that it was changed only by the temperature variations and a nugget zone, where it was changed by the temperature variation and friction between the tool weld and the sheets. The constitutive law used to represent the material behavior is the Hooke's Law combining with Power Law, isotropic and homogeneous; it was adopted in each specific zone giving local responses. The global response has obtained applying a mixture rule in welded plate, considering the weld specimen behavior which consists of different layers of material, like a simple spring-in-series model. The experimental local and global data, used for calibrate the model, was obtained of literature. The models was verified by comparing of mechanical properties like yield stress (0,2% offset yield strain), Young modulus, ultimate stress, strength coefficient K and strain hardening exponents n. Finally, the S-N curve of welded plate was estimated based on static analysis and fatigue test, from the procedure of correction accomplished using the results simulation. This methodology was applied to the case of specimen it loaded by axial forces