The thesis aimed to identify fracture strain for multiaxial loading for laminate material of Al and LDPE that is mostly used in the food packing technology specially in liquid packaging industry. These materials are thin and flexible which make it difficult to handle and test it. The investigation was through applying new Nakajima test setup on such a material by designing a custom setup and 3D printing the Nakajima setup prototype to be able to use it in this study. DIC technique was used to get the results from the Nakajima test and the software used to apply the DIC technique is GOM correlate. As a validation for measurement from such a technique, a tensile test has been done and measured strains were compared with those from the specimen from the Nakajima that has smallest width as it was close to a uniaxial loading. One more validation technique was by creating a FE-model using (Abaqus software) for the biaxial loading and comparing it to the biaxial loading results that obtained from the DIC analysis.

Esta tese contempla o desenvolvimento de uma prensa para conformação biaxial superplástica com sistema de controle in situ e real time de pressão e de temperatura, como também um módulo de monitoramento de deformação através da técnica de correlação digital de imagem. A referida prensa é capaz de atingir durante a conformação ótimas condições superplásticas através da instrumentação e do controle dedicado dos parâmetros que caracterizam o processo de conformação fluidoestática biaxial, pressão, temperatura e taxa de deformação. São seis os principais temas abordados e desenvolvidos nessa tese: (a) técnicas, métodos e requisitos da superplasticidade da liga de titânio Ti6Al4V; (b) concepção e construção da prensa que atenda aos requisitos do projeto; (c) instrumentação do ferramental; (d) implementação do sistema de controle; (e) definição e aplicação de metodologia de ensaio superplástico para conformação fluidoestática biaxial e (f) fabricação da peça modelo. A aplicação e desenvolvimento do sistema de controle em expansão fluidoestática biaxial envolve desde a escolha das condições de conformação, determinação do ciclo de pressão, implementação de controles dedicados que atendam aos requisitos de conformação até os métodos de determinação dos coeficientes de interesse (m, n e K). Com tal instrumentação é possível determinar os coeficientes a partir de ensaios biaxiais, ao invés de simplesmente utilizar os coeficientes de ensaios de tração uniaxiais. Realizou-se um ensaio superplástico fluidoestático biaxial de chapas de liga de Ti6AL4V controlado em torno de sua condição ótima. Em suma sobre o controle, o sistema de controle térmico minimiza o intervalo de tempo de estabilização da temperatura, sem sobressinal, reduzindo o tempo de exposição do material superplástico a altas temperaturas; o sistema de controle de pressão aplica um ciclo de pressurização que é responsável por realizar a conformação de forma que resulte em uma taxa de deformação específica que represente a condição de maior índice de sensibilidade a taxa de deformação, assim se caracteriza como ponto ótimo do processo. Os principais resultados são o Ferramental instrumentado e controlado para realização de conformação superplástica em atmosfera controlada e os sistemas de controle de temperatura, pressão e deformação, validados e testados de forma integrada em ensaios de conformação superplástica / This thesis contemplates the full development of a superplastic biaxial forming Press which contains an in situ and real time pressure and temperature control systems, as well as a deformation monitoring module that applies digital image correlation technique. The Press can achieve optimum superplastic forming conditions supported by dedicated instrumentation and control of the parameters that characterize the superplastic forming process; these parameters are pressure, temperature and strain rate. Six main topics are discussed: (a) techniques, methods and Ti6Al4V alloy superplastic requirements; (b) design and construction of the press that meets the project requirements; (c) Press instrumentation; (d) control system implementation; (e) definition and implementation of a new superplastic test methodology for bulge test and (f) a part model manufacturing. The application and development of the control system in biaxial forming process involves the selection of forming conditions, pressure cycle determination, implementation of dedicated controls that meet the forming requirements, besides methods for calculating important coefficients (m, n K). With the referred instrumentation, it is possible to determine these coefficients from biaxial tests, rather than simply using the uniaxial tensile tests coefficients. A Ti6Al4V alloy fluid static superplastic biaxial test was conducted, controlled around its optimum condition. Summarizing the control system, the thermal control system minimizes the stabilization temperature time, avoiding temperature overshooting, reducing the material time exposure at superplastic temperatures. The pressure control system applies a pressurization cycle, responsible for conducting the forming process, to achieve a specific strain rate. This represents the condition of maximum strain rate sensitivity, thus characterized as optimal process point. The main results are the instrumented and controlled superplastic biaxial forming Press efficient to conduct superplastic forming in a controlled atmosphere, and temperature, pressure and deformation control systems validated and tested in an integrated Superplastic forming tests.

Esta tese contempla o desenvolvimento de uma prensa para conformação biaxial superplástica com sistema de controle in situ e real time de pressão e de temperatura, como também um módulo de monitoramento de deformação através da técnica de correlação digital de imagem. A referida prensa é capaz de atingir durante a conformação ótimas condições superplásticas através da instrumentação e do controle dedicado dos parâmetros que caracterizam o processo de conformação fluidoestática biaxial, pressão, temperatura e taxa de deformação. São seis os principais temas abordados e desenvolvidos nessa tese: (a) técnicas, métodos e requisitos da superplasticidade da liga de titânio Ti6Al4V; (b) concepção e construção da prensa que atenda aos requisitos do projeto; (c) instrumentação do ferramental; (d) implementação do sistema de controle; (e) definição e aplicação de metodologia de ensaio superplástico para conformação fluidoestática biaxial e (f) fabricação da peça modelo. A aplicação e desenvolvimento do sistema de controle em expansão fluidoestática biaxial envolve desde a escolha das condições de conformação, determinação do ciclo de pressão, implementação de controles dedicados que atendam aos requisitos de conformação até os métodos de determinação dos coeficientes de interesse (m, n e K). Com tal instrumentação é possível determinar os coeficientes a partir de ensaios biaxiais, ao invés de simplesmente utilizar os coeficientes de ensaios de tração uniaxiais. Realizou-se um ensaio superplástico fluidoestático biaxial de chapas de liga de Ti6AL4V controlado em torno de sua condição ótima. Em suma sobre o controle, o sistema de controle térmico minimiza o intervalo de tempo de estabilização da temperatura, sem sobressinal, reduzindo o tempo de exposição do material superplástico a altas temperaturas; o sistema de controle de pressão aplica um ciclo de pressurização que é responsável por realizar a conformação de forma que resulte em uma taxa de deformação específica que represente a condição de maior índice de sensibilidade a taxa de deformação, assim se caracteriza como ponto ótimo do processo. Os principais resultados são o Ferramental instrumentado e controlado para realização de conformação superplástica em atmosfera controlada e os sistemas de controle de temperatura, pressão e deformação, validados e testados de forma integrada em ensaios de conformação superplástica / This thesis contemplates the full development of a superplastic biaxial forming Press which contains an in situ and real time pressure and temperature control systems, as well as a deformation monitoring module that applies digital image correlation technique. The Press can achieve optimum superplastic forming conditions supported by dedicated instrumentation and control of the parameters that characterize the superplastic forming process; these parameters are pressure, temperature and strain rate. Six main topics are discussed: (a) techniques, methods and Ti6Al4V alloy superplastic requirements; (b) design and construction of the press that meets the project requirements; (c) Press instrumentation; (d) control system implementation; (e) definition and implementation of a new superplastic test methodology for bulge test and (f) a part model manufacturing. The application and development of the control system in biaxial forming process involves the selection of forming conditions, pressure cycle determination, implementation of dedicated controls that meet the forming requirements, besides methods for calculating important coefficients (m, n K). With the referred instrumentation, it is possible to determine these coefficients from biaxial tests, rather than simply using the uniaxial tensile tests coefficients. A Ti6Al4V alloy fluid static superplastic biaxial test was conducted, controlled around its optimum condition. Summarizing the control system, the thermal control system minimizes the stabilization temperature time, avoiding temperature overshooting, reducing the material time exposure at superplastic temperatures. The pressure control system applies a pressurization cycle, responsible for conducting the forming process, to achieve a specific strain rate. This represents the condition of maximum strain rate sensitivity, thus characterized as optimal process point. The main results are the instrumented and controlled superplastic biaxial forming Press efficient to conduct superplastic forming in a controlled atmosphere, and temperature, pressure and deformation control systems validated and tested in an integrated Superplastic forming tests.

The course of polymer film functioning has been a crucial concern in the advent of packaging technology. The thesis project aims towards obtaining an understanding of mechanical properties for a class of these materials, namely LDPE and PET. A constitutive understanding of this behavior in the case of LDPE is acquired through incorporating a plastic stress strain relationship in an iterative approach with focus put on the sensitivity of a few parameters by following a simple linear curve-fit technique in a way that the global as well as the local response are predictable. FE-models also developed in this way are validated with experimental data. An inverse analysis testing validity or usefulness of DIC technique in identifying a material model is done and some discussions are drawn towards this area. A relative numerical study with respect to experimentally obtained global response for tearing of these polymers is done through use of a similar material model developed from tensile tests and the challenges faced in this area have been addressed.