A Mecânica do Dano Contínuo (MDC) teve importante desenvolvimento desde os trabalhos iniciais de Kachanov e Rabotnov sendo uma ferramenta prática para considerar processos de danificação em materiais e estruturas em nível de contínuo macroscópico. Neste trabalho, apresenta-se uma aplicação da teoria do dano anisotrópico baseada em teorias desenvolvidas a partir dos trabalhos de Murakami. Nas formulações apresentadas, o tensor de dano de quarta ordem M (que relaciona tensões aplicadas e tensões efetivas) é determinado com base no tensor Ω (densidade de área tridimensional devida ao dano) que, por sua vez, pode ser determinado com base em dados experimentais. São propostas três formulações teóricas que são transformadas em formulações incrementais e incorporadas em um programa computacional de elementos finitos (para placas e cascas laminadas em material compósito) que considera efeitos geométricos não-lineares. A primeira e segunda formulação são casos particulares da terceira formulação que é um modelo termodinâmico tridimensional. As forças termodinâmicas associadas à evolução do tensor de dano são deduzidas a partir da expressão da dissipação intrínseca. Um critério fenomenológico para o dano é proposto. Em consistência com a positividade da dissipação intrínseca é adotada uma regra de normalidade para a evolução da força termodinâmica. Também é proposta, baseada em dados experimentais, uma lei para o encruamento associada ao processo de dano. Os modelos são validados comparando resultados numéricos a soluções analíticas ou a resultados experimentais. A formulação viscoelástica é definida do dano elástico e por componentes viscoelásticas representadas no formato de variáveis de estado e, posteriormente, validadas através de resultados experimentais. / The Continuum Damage Mechanics (CDM) had important development since the initial works of Kachanov and Rabotnov and constitutes now a practical tool to account for macroscopic damage in materials and structures. In this work, an application of an anisotropic damage theory based in Murakami theory is presented. In the formulations presented here, the fourth order damage tensor M (that relates Cauchy stress and effective stress) is determined on the basis of the tensor Ω (damaged three-dimensional area density) that, can be determined through experimental data. The three theoretical formulations presented here are transformed into incremental formulations and implemented in a finite element program (for plates and shell structures in composite material) taking account of geometrically non-linear effects. The first and second formulations are particular cases of the third formularization that is a tridimensional model for continuous damage formulated. The thermodynamic force associated with the evolution of the damage tensor is deduced from the expression of the intrinsic dissipation. A phenomenological criterion for damage yielding is proposed. In consistence with the positivity of the intrinsic dissipation, a normality rule is adopted for the evolution of the thermodynamic force. In addition, a hardening law associated with the damage process is identified from available experiment results. The models are validated by comparison with closed-form solutions or with experiment results. The viscoelastic formulation is defined through damage elastic and viscous components and set in a state variables format and then validated by comparison with experimental creep tests.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

Dans cette thèse, des considérations fondamentales de modélisation des phénomènes de rupture sont abordées pour des systèmes discrets endommageables. Le but est d’établir, en commençant par des problèmes structuraux simples, un pont entre la Mécanique de l’Endommagement Discret (MED) et celle de la Mécanique de l’Endommagement Continu (MEC) non local. Il est actuellement admis que la MEC doit être considérée dans un cadre non local afin d’obtenir des résultats cohérents, notamment lors de la modélisation numérique de phénomènes de radoucissement basés sur des lois d’endommagement. Nous appuyons cette non-localité sur l’échelle de la microstructure du matériau. A l’aide d’une procédure de continualisation et l’utilisation de l’approximant de Padé, nous avons pu obtenir l’expression analytique de l’approximation continue non-locale offrant une représentation très fidèle du comportement du problème discret dans tout le processus d’endommagement. Nous étudions les systèmes de la chaîne axiale discrète en traction, de la poutre console discrète en flexion ainsi que de la membrane microstructurée sous pression uniforme. Le système discret est tout d’abord résolu puis les équations discrètes sont continualisées pour obtenir un modèle non local continu. Pour chacun de ces problèmes une attention toute particulière est portée aux conditions aux limites du problème continualisé, dont l’importance est illustrée tout au long de ce manuscrit. / In this thesis, some fundamental considerations of the modeling of failure are addressed for discrete damage systems. The goal is to establish, starting with simple structural problems, a bridge between the Discrete Damage Mechanics (DDM) and that of the non-local Continuum Damage Mechanics (CDM). It is currently accepted that DDM systems must be considered in a non-local framework to obtain consistent results, especially during numerical modeling of softening phenomena based on damage laws. We support this non- locality on the scale of the microstructure of the material. Using a continualisation procedure and with the use of the Padé approximant, we were able to obtain the analytic expression of the non-local continuous approximation offering an accurate simulation of the discrete problem for the whole damage process. We study the systems of the discrete axial chain under traction, the discrete bending beam and the microstructured membrane under uniform pressure. The discrete system is first solved, then the discrete equations are continualised to obtain a non-local continuum model. For each of these problems, careful attention is paid to the boundary conditions of the continual problem, the importance of which is illustrated throughout this manuscript.

Resumo: No presente trabalho desenvolve-se um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo para representar o comportamento de materiais que apresentam diferentes respostas quando solicitados à tração ou à compreensão. obtem-se uma representação constitutiva através da composição de modelos simples e específicos para tratar cada tipo de solicitação. Este modelo combinado é capaz inclusive de lidar com carregamentos alternados (tração e compreensão), envolvendo fechamento e reabertura de fissuras existentes. Para modelar o comportamento em compreensão emprega-se o modelo constitutivo que tem como critério de degradação o segundo invariante do tensor de tensão desviador (critério de Von Mises ou J2). Para simular o aparecimento de fissuras de tração, usa-se o modelo de dano com critério de degradação baseado na energia de deformação da parte positiva do tensor efetivas. A integração dos modelos é feita com base em tensões efetivas associadas a duas escalas distintas (escala grosseira e refinada). O modelo é apto para representar a formação de descontinuidades no campo de deslocamento (descontinuidades fortes) em materiais quase-frágeis. Nesse caso, a região de localização de deformação (zona de processo da fatura) pode ser descrita pelo modelo de dano combinado, com lei de abrandamento de tensões (softening) exponencial, que estabelece dissipação compatível com a energia de fratura. A região contínua pode ser descrita pelo modelo de dano J2, com parâmetros ajustados com base no comportamento não linear à compreensão. Valida-se o modelo proposto mediante testes básicos, focando a capacidade do modelo em representar os principais aspectos do comportamento de materiais quase-frágeis. A aplicabilidade do modelo é demonstrada através do estudo da capacidade de rotação plástica de vigas de concreto armado, confrontando-se os resultados numéricos com os experimentais / Abstract: A combined constitutive model based on the Continuum Damage Mechanics (CDM) is presented to represent the nonlinear behavior of quasi-brittle materials, which present different response when subjected to tension or compreession. The constitutive model is a composition of two simple and specific models designed to treat each type of behavior. The combined model is able to deal with alternating load (tension-compression), involving formation, closure and reopening cracks. To model the compressive behavior, a degradation criterion based on the second invariant of the deviatoric part of the effective stress tensor (Von Miser or J2 criterion) is used. To simulate cracking, a damage model with degradation criterion based on the strain energy associated to the positive part the effective stress tensor is adopted. The combination of the models is made on the basis of the effective stresses associated to two distinct scales (coarse and fine scales) The model is able to represented the formation of discontinuities in the displacement field (strong discontinuities) for quasi-brittle materials. The region of strain localization (fracture process zone) is described by a softening law which establishes dissipation energy compatible with the fracture energy. The continuous region is described by the J2 damage model, with parameters ajusted to describle the compressive nonlinear behavior in compression. Some basic tests are performed to asses the ability of the model to represent the main aspects of the behavior of quasi-brittle materials. The applicability of the model is demonstrated by the study of the plastic rotation capacity of reinforced concrete beams, comparing the numerical responses with the experimental ones / Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Coorientador: André Luís Gamino / Banca: Leonardo José do Nascimento Guimarães / Banca: Edson Antonio Capello Sousa / Mestre

A Mecânica do Dano Contínuo (MDC) teve importante desenvolvimento desde os trabalhos iniciais de Kachanov e Rabotnov sendo uma ferramenta prática para considerar processos de danificação em materiais e estruturas em nível de contínuo macroscópico. Neste trabalho, apresenta-se uma aplicação da teoria do dano anisotrópico baseada em teorias desenvolvidas a partir dos trabalhos de Murakami. Nas formulações apresentadas, o tensor de dano de quarta ordem M (que relaciona tensões aplicadas e tensões efetivas) é determinado com base no tensor Ω (densidade de área tridimensional devida ao dano) que, por sua vez, pode ser determinado com base em dados experimentais. São propostas três formulações teóricas que são transformadas em formulações incrementais e incorporadas em um programa computacional de elementos finitos (para placas e cascas laminadas em material compósito) que considera efeitos geométricos não-lineares. A primeira e segunda formulação são casos particulares da terceira formulação que é um modelo termodinâmico tridimensional. As forças termodinâmicas associadas à evolução do tensor de dano são deduzidas a partir da expressão da dissipação intrínseca. Um critério fenomenológico para o dano é proposto. Em consistência com a positividade da dissipação intrínseca é adotada uma regra de normalidade para a evolução da força termodinâmica. Também é proposta, baseada em dados experimentais, uma lei para o encruamento associada ao processo de dano. Os modelos são validados comparando resultados numéricos a soluções analíticas ou a resultados experimentais. A formulação viscoelástica é definida do dano elástico e por componentes viscoelásticas representadas no formato de variáveis de estado e, posteriormente, validadas através de resultados experimentais. / The Continuum Damage Mechanics (CDM) had important development since the initial works of Kachanov and Rabotnov and constitutes now a practical tool to account for macroscopic damage in materials and structures. In this work, an application of an anisotropic damage theory based in Murakami theory is presented. In the formulations presented here, the fourth order damage tensor M (that relates Cauchy stress and effective stress) is determined on the basis of the tensor Ω (damaged three-dimensional area density) that, can be determined through experimental data. The three theoretical formulations presented here are transformed into incremental formulations and implemented in a finite element program (for plates and shell structures in composite material) taking account of geometrically non-linear effects. The first and second formulations are particular cases of the third formularization that is a tridimensional model for continuous damage formulated. The thermodynamic force associated with the evolution of the damage tensor is deduced from the expression of the intrinsic dissipation. A phenomenological criterion for damage yielding is proposed. In consistence with the positivity of the intrinsic dissipation, a normality rule is adopted for the evolution of the thermodynamic force. In addition, a hardening law associated with the damage process is identified from available experiment results. The models are validated by comparison with closed-form solutions or with experiment results. The viscoelastic formulation is defined through damage elastic and viscous components and set in a state variables format and then validated by comparison with experimental creep tests.

A Mecânica do Dano Contínuo (MDC) teve importante desenvolvimento desde os trabalhos iniciais de Kachanov e Rabotnov sendo uma ferramenta prática para considerar processos de danificação em materiais e estruturas em nível de contínuo macroscópico. Neste trabalho, apresenta-se uma aplicação da teoria do dano anisotrópico baseada em teorias desenvolvidas a partir dos trabalhos de Murakami. Nas formulações apresentadas, o tensor de dano de quarta ordem M (que relaciona tensões aplicadas e tensões efetivas) é determinado com base no tensor Ω (densidade de área tridimensional devida ao dano) que, por sua vez, pode ser determinado com base em dados experimentais. São propostas três formulações teóricas que são transformadas em formulações incrementais e incorporadas em um programa computacional de elementos finitos (para placas e cascas laminadas em material compósito) que considera efeitos geométricos não-lineares. A primeira e segunda formulação são casos particulares da terceira formulação que é um modelo termodinâmico tridimensional. As forças termodinâmicas associadas à evolução do tensor de dano são deduzidas a partir da expressão da dissipação intrínseca. Um critério fenomenológico para o dano é proposto. Em consistência com a positividade da dissipação intrínseca é adotada uma regra de normalidade para a evolução da força termodinâmica. Também é proposta, baseada em dados experimentais, uma lei para o encruamento associada ao processo de dano. Os modelos são validados comparando resultados numéricos a soluções analíticas ou a resultados experimentais. A formulação viscoelástica é definida do dano elástico e por componentes viscoelásticas representadas no formato de variáveis de estado e, posteriormente, validadas através de resultados experimentais. / The Continuum Damage Mechanics (CDM) had important development since the initial works of Kachanov and Rabotnov and constitutes now a practical tool to account for macroscopic damage in materials and structures. In this work, an application of an anisotropic damage theory based in Murakami theory is presented. In the formulations presented here, the fourth order damage tensor M (that relates Cauchy stress and effective stress) is determined on the basis of the tensor Ω (damaged three-dimensional area density) that, can be determined through experimental data. The three theoretical formulations presented here are transformed into incremental formulations and implemented in a finite element program (for plates and shell structures in composite material) taking account of geometrically non-linear effects. The first and second formulations are particular cases of the third formularization that is a tridimensional model for continuous damage formulated. The thermodynamic force associated with the evolution of the damage tensor is deduced from the expression of the intrinsic dissipation. A phenomenological criterion for damage yielding is proposed. In consistence with the positivity of the intrinsic dissipation, a normality rule is adopted for the evolution of the thermodynamic force. In addition, a hardening law associated with the damage process is identified from available experiment results. The models are validated by comparison with closed-form solutions or with experiment results. The viscoelastic formulation is defined through damage elastic and viscous components and set in a state variables format and then validated by comparison with experimental creep tests.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 capa-introducao.pdf: 136742 bytes, checksum: f3fec628299a200f8267c463e8e1e3d9 (MD5) Previous issue date: 2011-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The development of new materials, in addition to the increasing industrial demand for more efficient numerical tools capable of predicting defects in metal forming processes, has stimulated research on new material models. In this context, the Continuum Damage Mechanics has proved to be able of successfully predicting ductile failure onset in metal forming operations. The main objective of this work is the study of a thermo-elastic-plastic formulation and thermo-mechanical coupling schemes aiming at prediction of mechanical degradation of ductile materials. The material internal degradation is described using a modified version of Lemaitre s (1985) damage model, in which the void opening and void closure effects associated to tensile and compressive stress states are accounted for. The mechanical and thermal problems are formulated using the Finite Element Method. Coupling of thermal effects is defined by a sensitivity factor included in the yield function and by a component describing the energy generated due to dissipation of plastic work. Two coupling procedures are addressed in this work: staggered scheme and iterative scheme. Accuracy of the iterative coupling scheme is assessed by the analysis of the load increment size. In this case, the results show that the iterative procedure is more accurate than the staggered scheme. The study of the coupled thermal and mechanical effects is discussed by the analysis of the influence of the temperature and the heat transfer coefficient based upon the simulation of tensile tests of U-notched specimens. The results show that the internal degradation of the material is strongly affected by its temperature and heat transfer coefficient, i.e., higher temperatures increase the material capacity to deform with smaller rates of material degradation. / O surgimento de novos materiais, aliado ao aumento da demanda industrial por ferramentas numéricas capazes de prever o aparecimento de defeitos em processos de conformação mecânica, tem estimulado o desenvolvimento de novos modelos materiais. A Mecânica do Dano Contínuo, em cujo contexto este trabalho está inserido, provou ser uma abordagem capaz de prever o início da fratura dúctil em operações de conformação mecânica. O principal objetivo deste trabalho é o estudo da formulação termo-elastoplástica de problemas com acoplamento termomecânico visando a sua aplicação na predição da degradação mecânica de materiais dúcteis. A descrição da degradação interna do material é feita através da modificação do modelo de dano de Lemaitre (1985) para incluir efeitos de abertura e fechamento de vazios relacionados a estados de tensão trativos e compressivos. Os problemas térmico e mecânico são formulados utilizando o método de Elementos Finitos. O acoplamento dos efeitos térmicos é definido através da inclusão de um fator de sensibilidade na função de escoamento e da geração de calor por dissipação plástica. Dois métodos de acoplamento foram abordados: método particionado e método iterativo. A avalição da precisão do método de solução iterativo do problema acoplado é feita através da análise de influência do incremento de carga. Neste caso, os resultados obtidos mostraram que o método iterativo é mais preciso que o método particionado. O estudo dos efeitos térmico e mecânico acloplados é feito através da análise da influência da temperatura e do coeficiente de troca de calor na simulação de um ensaio de tração usando um corpo de prova cilíndrico. Os resultados mostram que a degradação interna do material é fortemente influenciada pela temperatura do material e pelo coeficiente de troca de calor, ou seja, quanto maior a temperatura, maior é a capacidade do material de se deformar plasticamente com uma redução da taxa de degradação. interna do material.

Friction Spot Welding (FSpW) é um processo de solda ponto por fricção, que opera na fase sólida do material e permite unir duas ou mais chapas de metal sobrepostas. Além de ser bastante usado para soldar materiais leves, ele também é aplicável a qualquer material que apresente boa plasticidade. Neste trabalho são analisados dois materiais: AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, diferindo entre si no uso, ou não, da camada de proteção contra a corrosão (Alclad). As uniões são feitas sob os mesmos parâmetros do processo, previamente estudados para o material com Alclad. Dois parâmetros são utilizados: um dito ótimo, capaz de produzir soldas com bom desempenho mecânico e reprodutibilidade e um segundo, dito insuficiente, por produzir soldas de baixo desempenho mecânico e baixa reprodutibilidade. Pretende-se, com este trabalho, avaliar os efeitos que a camada Alclad pode acarretar nas juntas soldadas, em seu desempenho mecânico, no modo de fratura, na microestrutura e na geometria da junta. Os resultados apresentam uma grande influência do Alclad, tendo em vista que durante o processo o recobrimento migra das superfícies das chapas para o centro da solda. Assim, uma interface deste material, que possui baixa resistência mecânica, é criada, influenciando negativamente o desempenho da junta e alterando o modo de fratura. O principal escopo desta dissertação é realizar uma análise da fratura do ensaio de cisalhamento, com o uso do método de elementos finitos. Portanto, fazse necessário estudar e desenvolver um modelo numérico capaz de representar a nucleação, coalescimento, formação de uma ou mais trincas e a consequente propagação até a fratura do corpo. Para a realização da análise utilizou-se o modelo numérico de fratura Johnson-Cook (JC), o qual expressa a tensão equivalente como uma função da deformação plástica, da taxa de deformação e da temperatura. Realizou-se, ainda, um estudo acerca das teorias do Continuum Damage Mechanics (CDM), bem como se fez necessário obter novos parâmetros para o modelo, que descrevessem o fenômeno e o material. Nesse sentido, serão realizadas duas análises, sendo que a primeira considera o efeito da camada de Alclad e, a segunda, considera uma solda livre de defeitos. Espera-se identificar os locais em que trinca é nucleada e analisar a resposta da junta, passo a passo, durante a propagação da trinca, até a fratura completa do corpo. E, por fim, avaliar a interferência no modelo numérico da presença da camada contra a corrosão Alclad. / Friction Spot Welding (FSpW) is a friction spot weld process, it operates in the solid-state of the material and allows joining two or more sheets in overlap configuration. It is used to join light weight materials, also is suitable to any material that shows good ductility. In this work two different materials are analyzed AA Alclad 2024-T351 e AA 2024-T351, between them the use, or not, of the corrosion protection layer Alclad. The welds are made under the same process parameters previously studied to the material with Alclad. Two parameters are utilized: the first one is the optimum parameter capable to produce welds with good mechanical performance and reproducibility, and another one inadequate because it produces joins with poor mechanical response and reproducibility. It is intended with this work, to evaluate the effects that the Alclad layer can cause in the welds, in its mechanical performance, fracture mode, microstructure and geometry of the join. The results showed a considerable influence of the Alclad, considering that during the process, it migrates from the sheet surface to the center of the weld. Thus, an interface of this material, that has a very low hardness, is created, influencing negatively the performance of the weld and changing the fracture mode. The aim of this dissertation is to perform an analysis of the fracture from the lap shear test, using the finite element method. Therefore, becomes necessary study and develop a numerical model capable to represent the nucleation, coalescence, formation of one or more cracks and, the consequent propagation until the fracture of the body. To perform the analysis it was used the numerical model of fracture called Johnson-Cook (JC), which expresses the equivalent stress as a function of the plastic deformation, the strain rate and the temperature. It was also made a study about the Continuum Damage Mechanics (CDM) theories, and it was necessary to obtain new parameters for the model, that describe the phenomenon and the material. In this sense, it will be performed two analyses, and the first considers the Alclad layer and, the second, considers a weld without defects. It is expected to identify the places where the crack nucleated, and analyze the behavior of the weld, step by step, during the crack propagation, until the complete fracture of the component. And, finally, evaluate the interference in the numerical model of the presence of the protection corrosion layer Alclad.

Dans un contexte d’évaluation de la criticité des chargements, les travaux de thèse ont les objectifs suivants : prendre en compte les phénomènes sous-jacents à le rupture ductile : les phénomènes de dissipation volumique (plasticité et endommagement) et surfaciques (fissuration). On s'intéresse également à régulariser la solution vis-à-vis du maillage, à prédire le phénomène de transition de mode de rupture plan vers un mode de propagation oblique observé pour certains essais. La méthode utilisée est basée sur la méthode des discontinuités fortes. Un des enjeux majeurs de ces travaux est d’étendre son champ d'application au cadre de la modélisation de la rupture ductile, notamment en présence de plasticité et d'endommagement dans le volume. Une première partie des travaux est consacré à l'établissement d'un modèle en hypothèse de petites déformations, avec un modèle matériau de plasticité et d'endommagement couplé de Lemaitre pour le volume et un modèle cohésif endommageable pour le comportement surfacique. Les deux modes de rupture I et II ont été considérés dans les essais numériques. Des résultats montrant les capacités de régularisation de la méthode employée ont été présentés pour divers essais. Une seconde partie des travaux a été consacré à la formulation d'un modèle en hypothèse de grandes transformations, avec également des résultats probants en termes de régularisation de la dépendance à la taille de maille. Les deux éléments présentés ont été implémentés en formulation implicite et explicite, dans FEAP (Finite Element Analysis Program), logiciel académique développé à UC Berkeley par Taylor, et plus récemment dans le logiciel de calcul Eléments Finis Abaqus. / In the context of loadings criticality analysis, the thesis work have the following objectives : to take into account the underlying phenomena to ductile fracture : the volumetrie (plasticity and damage) and surfacic (fracture) dissipativ mechanisms. We also aim at regularizing the solution with regards to meshing, predicting the transition from a straigh crack propagation to a slant fracture mode observed for certain tests. The chosen method relies on the stron discontinuity method. One of the major challenges of this work is to extend its framework to the ductile fractur modeling framework, by accounting for plasticity and damage in the bulk. The first part of this work is dedicated to th establ'ishment of a model in small strain hypothesis, with a material model that takes into account coupied plasticity an damage in the QUik and a damageable model for the cohesive surfacic behavior. Both modes 1 and Il have been taken int) account in thnumerical examples. Results attesting the regularizing capabilities of the method are presented fo different tests. The second part of this work is dedicated to the formulation of a finite strain mode!, and results showin the good regularizing capabilities of the method are also shown. Both elements have been implemented in FEAP (Finit Element Analysis Program), an academie software developed at UC Berkeley by Taylor, and more recently in the finit element software Abaqus.