[pt] Efeitos da taxa de deformação nas propriedades mecânicas podem ser significativos na simulação do comportamento dinâmico de estruturas deformadas plasticamente, e o objetivo deste trabalho é avaliá-los através de duas tarefas complementares: (i) desenvolver e qualificar uma metodologia apropriada para a medição de propriedades mecânicas dinâmicas, incluindo os requisitos necessários para medir e ajustar da melhor forma possível os dados experimentais, quantificando a incerteza a eles associada; e (ii) verificar a influência da estratégia de medição das propriedades mecânicas na previsibilidade do comportamento de estruturas sujeitas a impactos.Os modelos que descrevem o comportamento mecânico dinâmico são baseados na taxa de deformação de/dt, mas freqüentemente seus parâmetros são medidos em testes controlados pela velocidade do carregamento. Todavia, a taxa de/dt não permanece constante nos testes feitos sob velocidade fixa, o que aumenta a incerteza das previsões baseadas nos parâmetros assim medidos. Para avaliar quantitativamente a influência das estratégias de controle nas propriedades mecânicas, primeiro foi estabelecido um procedimento estatístico apropriado para determinar o número de corpos de prova necessários para medir propriedades dinâmicas dentro de um nível de confiança desejado. Todos os dados foram medidos em duplicata, controlando as taxas de deformação ou a velocidade de carregamento imposta nos corpos de prova, numa larga faixa, 10(-4) menor ou igual a de/dt menor ou igual a 10/s, em testes particularmente feitos com cuidado. A aquisição e tratamento dos dados foram feitos através de um programa desenvolvido em Labview. Um programa desenvolvido em Mathcad foi usado para otimizar os parâmetros dos diversos modelos estudados ao conjunto de dados medidos via um algoritmo Levenberg–Marquardt. A partir deste estudo é proposto um novo modelo que descreve adequadamente o patamar de escoamento, e minimiza os erros de ajuste na região de transição elastoplástica, de grande importância na análise estrutural. Um pórtico simples foi escolhido para verificar o efeito das propriedades dinâmicas nas simulações numéricas feitas no programa LS-DYNA, tradicionalmente usado para modelar impactos elastoplásticos. Vários destes pórticos foram submetidos a impactos numa máquina de queda livre (dropweight), para induzir deformações plásticas variáveis em função das velocidades de impacto. As deformações medidas foram comparadas com as previstas usando as propriedades obtidas sob as duas estratégias de controle, e ajustadas pelos diversos modelos estudados. Desta forma pode-se finalmente quantificar a influência da metodologia de medição das propriedades mecânicas dinâmicas na previsibilidade do comportamento de estruturas sujeitas a impactos elastoplásticos. / [en] The strain rate effects in the mechanical properties can be significant in the simulation of the dynamic behavior in plastic deformed structures, this work has the objective to evaluate these effects through two complementary tasks: (i) to develop and qualify an appropriate methodology for the measurement of dynamic mechanical properties, including the requirements necessary to measure and to adjust of the best possible way the experimental data, quantifying the uncertainty they associated; and (ii) to verify the influence of the strategy of measurement of the mechanical properties in the prediction of the behavior of structures submitted to impacts.The models that describe the dynamic mechanical behavior are based on the strain rate de/dt, but usually its parameters are measured in controlled tests by the speed of loading. However, the rate de/dt does not remain constant in the tests realized with fixed speed, which it increases the uncertainty of the predictions based on the measured parameters. For a quantitative evaluation of the influence of the control strategies in the mechanical properties, was first established a appropriated statistical procedure to determine the number of specimens necessary to measure dynamic properties with a acceptable level of reliability. All the data were measured twice, controlling the strain rate or the loading speed imposed in the specimens, in a wide range, 10(-4) less than or equal de/dt less than or equal 10/s, in tests particularly realized with care. The acquisition and data processing were made through a program developed in Labview. A program developed in Mathcad was used to optimize the parameters of the diverse models studied to the data set measured by a Levenberg-Marquardt algorithm. From this study is proposed a new model that describes the yieldind adequately, and minimizes the errors of fitting in the region of transition elasto-plastic, that plays a great role in the structural analysis.A simple porch was chosen to verify the effect of the dynamic properties in the numerical simulations made in program LS-DYNA, used traditionally to simulate elasto-plastics impacts. Several of these porches had been submitted to impacts in a machine of free fall (drop-weight), to induce variable plastic strains in function of the impact speeds. The measured strains were compared with the predicted ones using the properties obtained with the two strategies of control, and adjusted by the diverse studied models. In such way the influence of measurement methodology of the dynamic mechanical properties in the prediction of the behavior of structures submitted to elasto-plastics impacts can be quantified.

[pt] O ensaio de tração é o ensaio mecânico mais aplicado para a obtenção das propriedades mecânicas de polímeros. Por meio de um ensaio de tração é obtida a curva tensão-deformação, e é a partir desta curva que são obtidas propriedades mecânicas tais como o módulo de elasticidade, a tenacidade e a resiliência do material, as quais podem ser utilizadas na identificação de comportamentos mecânicos equivalentes em materiais poliméricos, seja para a diferenciação de resíduos plásticos para a reciclagem ou para a classificação de um material plástico reciclado quanto ao teor de um determinado polímero em sua composição. Porém, a obtenção das propriedades mecânicas a partir da curva tensão-deformação envolve cálculos e ajustes nos intervalos da curva em que essas propriedades são determinadas, tornando a obtenção das propriedades mecânicas um processo complexo sem a utilização de programas computacionais especializados. A partir da compreensão do padrão de comportamento da curva tensão-deformação de um material, algoritmos de aprendizagem de máquina (AM) podem ser ferramentas eficientes para automatizar a classificação de diferentes tipos de materiais poliméricos. Com o objetivo de verificar a acurácia de um algoritmo de AM na classificação de três tipos de polímeros, foram realizados ensaios de tração em corpos de prova de polietileno de alta densidade (PEAD), polipropileno (PP) e policloreto de vinila (PVC). O conjunto de dados obtido a partir das curvas tensão-deformação foi utilizado no treinamento de uma rede neural artificial perceptron de múltiplas camadas (PMC). Com uma acurácia de 0,9261 para o conjunto de teste, o modelo obtido a partir da rede PMC foi capaz de classificar os polímeros com base nos dados da curva tensão-deformação, indicando a possibilidade do uso de modelos de AM para automatizar a classificação de materiais poliméricos a partir de dados de ensaios de tração. / [en] The tensile test is the most applied mechanical test to obtain the mechanical properties of polymers, which can be used in polymeric materials classification. Through a tensile test is obtained the stress-strain curve, is from which mechanical properties such as the modulus of elasticity, tenacity, and resilience of the material are obtained, which can be used to identify equivalent mechanical behaviors in polymeric materials, whether for the distinguishing plastic waste for recycling or for classifying recycled plastic material according to the content of a polymer type in its composition. However, obtaining mechanical properties from the stress-strain curve involves calculations and adjustments in the intervals of the curve in which these properties are determined, turning it into a complex process without the use of specialized software. By understanding the behavior pattern of a material’s stress-strain curve, machine learning (ML) algorithms can be efficient tools to automate the classification of different types of polymeric materials. To verify the accuracy of an ML algorithm in classifying three types of polymers, tensile tests were performed on specimens made of high-density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), and polyvinyl chloride (PVC). The dataset obtained from the stress-strain curves was used in the training of a multilayer perceptron (MLP) neural network. With an accuracy of 0.9261 for the test set, the model obtained from the MLP neural network was able to classify the polymers based on the stress-strain curve data, thus indicating the possibility of using an ML algorithm to automate the classification of polymeric materials based on tensile test data.

[pt] É uma prática usual em reologia medir o tensão limite de escoamento. Nessas medidas, a tensão limite de escoamento é definida como o máximo valor absoluto de tensão ao qual abaixo não ocorrem escoamentos irreversíveis. Sendo assim, tensão limite de escoamento aparente estimada é usada em conjunto com o critério de von Mises em qualquer escoamento complexo. Este critério compara esta medida a intensidade do segundo invariante do tensor deviatórico das tensões. Acontece que, para escoamento simples de cisalhamento, o mesmo é composto por tensões cisalhantes e diferenças de tensão normais, mas a contribuição do último nunca foi considerada na determinação experimental da tensão limite de escoamento. Em vista de avaliar a importância da contribuição das diferenças de tensões normais na tensão limite de escoamento aparente, foram realizadas uma sequência de testes de creep para cada material, estimando a tensão crítica que representa o valor médio obtido entre os valores das curvas de tensão nas quais o material escoa e não escoa com uma tolerância considerável. Depois disso, foram propostos testes para avaliar os valores de N1 − N2 e apenas N1 no nível de tensão crítica. E em seguida avaliando-se adequadamente a tensão limite de escoamento. Observou-se que, para alguns materiais, a contribuição das diferenças de tensões normais é muito maior do que a contribuiçõ da tensão cisalhante. Por fim, a validade do critério de von Mises para materiais elasto-viscoplásticos foi avaliada. Para este fim, com o intuito de generalizar o estudo, ensaios de compressão a volume constante e de tração foram realizados avaliando-se as correspondentes tensões limites de escoamento. Como conclusão mais importante, o critério de von Mises não foi considerado adequado como critério de falha para os materiais elasto-viscoplásticos analisados. / [en] It is usual practice in rheology to measure the yield stress in a simple shear flow. In these measurements, the yield stress is identified as the maximum value of the shear stress below which no irreversible flow occurs. Then, the thus determined yield stress is used in conjunction with the von Mises criterion in any complex flow. The latter compares it with the intensity of the deviatoric stress tensor. It happens that for simple shear flow the intensity of the deviatoric stress is composed of both the shear stress and the normal stress differences, but the contribution of the latter is never considered in the experimental determination of the yield stress. In view of assess the importance of the contribution of the normal stresses to the yield stress, a sequence o standard constant shear stress tests were performed for each material, estimating the critical stress which represents the mean value obtained between the stress values of the curves in which the material flows and does not flow with an accurate tolerance. After that, proposed tests were performed in order to obtain the values of N1 − N2 and solely N1 at the critical stresses. Following the appropriate yield stress evaluation. It was observed that for some materials the normal stress contribution is much larger than the shear stress contribution. Furthermore, the validity of the von Mises yielding criterion for elasto-viscoplastic materials was evaluated. For this purpose, in order to generalize the study for different flow conditions, constant volume squeeze flow and traction tests were performed evaluating the corresponding yield stresses. As the most important conclusion, the von Mises yielding criterion was considered not to be accurate representing yielding for the elastoviscoplastic materials analyzed.