[pt] Uma das técnicas mais aplicadas para medir tensões residuais em componentes mecânicos é a técnica do furo cego. Esta técnica é de fácil aplicação industrial e é normalizada pela ASTM E 837. Entretanto, devido à concentração de tensões gerada pelo furo, há restrições quanto à aplicação deste método quando as tensões residuais presentes excedem 0.3 da tensão de escoamento do material, Sy. Há na literatura trabalhos que avaliam, por elementos finitos, os erros gerados ao se aplicar diretamente estes coeficientes em componentes com altos níveis de tensões residuais. Em alguns casos, o erro pode chegar a 140%, para tensões da ordem de 0.9 de Sy. Porém, para retrocalcular as tensões residuais estes trabalhos também usam hipóteses válidas apenas no regime elástico, de forma que os resultados por eles apresentados podem ter imprecisões. Neste trabalho propõem-se novas metodologias numéricas para avaliar a validade da norma ASTM E 837 em regime plástico, através de uma modelagem mais realística do alívio de tensão gerado pela usinagem do furo, evitando o uso de hipóteses linear-elásticas. Estas metodologias são: Estado Equivalente, na qual uma tensão equivalente àquela agindo no componente é aplicada na borda do furo; metodologia Morte de Elementos na qual os elementos presentes na região em que o furo será usinado são eliminados numericamente em vários passos, de forma a simular o processo de usinagem; e a metodologia Tensão Substituta, na qual o material presente na região do furo é substituído pela tensão que nele age, a qual é retirada gradativamente. Foram modeladas em elementos finitos placas com furos passantes e cegos, submetidas a carregamentos uniaxiais e biaxiais, desde 0.3 Sy até 0.9 Sy. Além disso, foram utilizados nas simulações materiais tendo limite elástico e de escoamento coincidentes e não coincidentes. Os erros encontrados entre as tensões retrocalculadas e as tensões aplicadas, para todas as situações são menores que encontrados por outros pesquisadores, obtendo-se no pior caso 70 por cento. Finalmente, conclui-se que as metodologias Tensão Substituta e Morte de Elementos são as que simulam de forma mais próxima da realidade o processo de usinagem de um furo em um placa submetida à altas tensões. / [en] One of the most popular techniques applied to measure residual stresses is the hole-drilling technique. The technique is easy to be applied at industry, and is normalized ASTM E 837. However, due to the stress concentration caused by the machined hole, the technique can not be used if the residual stresses are higher than one third of the material yield strength, Sy. There are several researches articles that evaluate the errors aroused from the use of linear-elastic coefficients in case where plastic strains are present. In general, those articles apply the finite element to simulate the process of drilling the hole and stress relief. In certain case it is showed that the error can reach 140% of the applied stress. However,those articles use linear-elastics hypothesis and therefore their predictions can also include mistakes. The present work proposes new numerical methodologies to evaluate the usefulness of the hole- drilling technique, as it is described by the ASTM E 387, in the plastic range. The aim is to model the stress relief caused by the hole`s drilling process in a more realistic way, in order to avoid the use of linear-elastics hypothesis. The proposed methodologies are: Equivalent State, in which is applied in the hole a stress equivalent to that one acting externally on the component; Element Death, in which the drilling process is simulated by eliminating numerically in several steps the material which vanishes during the drilling process, and the Replacement Stress; in which the material in the hole is replaced by the stress that is acting at its walls. Those mentioned methodologies were implemented using a commercial finite element program which simulated plates with through the thickness and blind holes. Those plates have been loaded with three different loadings which varied from 0.3 to 0.9 Sy. Two materials with different stress-strain curves have been used. One of them had the elastic limit equal to the yield limit and the other one has those two limits different. In the worst case the errors found were 70 percent, which is smaller than those found by others researchers. It was concluded that, the Replacement Stress and the Elements Death methodologies are those that best simulate the process of drilling a hole in a plate which is under high stresses.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Introducao.pdf: 448655 bytes, checksum: 598f8294a6f16ff80e9151c41d1a27f9 (MD5) Previous issue date: 2011-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Residual stresses in polymeric parts are a great source of uncertainties for the design of industrial components. They are originated mainly during the injection molding process. Some of the problems related to this phenomenon are reduction to the mechanic strength, cracks propagation and warpage. Many efforts are employed to minimize these residual stresses and, to achieve that, an essential step is its measuring. There are methods and devices already available to measure residual stress in metallic materials, but in the field of polymeric material, many aspects remain unexplored. In the present work, a device to measure strain gage signals was built, which was employed to determine residual stresses according to the most established techniques nowadays. Injection simulation techniques were utilized to estimate the build-up of residual stresses in polymeric test specimens under different manufacturing setups. Statistical analysis was performed to select the most favorable parameters for parts tensioning. Test specimens were fabricated in the selected process conditions. Samples weight measurements confirmed statistically that the process parameters selected have significantly altered the parts final mass. Residual stress measurements were carried out by employing the hole drilling technique in the manufactured specimens, thus being determined tensile residual stresses from 2.7 MPa by 6.2 MPa, in the layers closest to the parts surface. The typical profile for residual stress distribution, as described in literature, was observed in the experiments performed. / Tensões residuais em peças poliméricas são grande fonte de incertezas para o projeto de componentes industriais. São causadas principalmente durante o processo de injeção. Alguns dos problemas relacionados a esse fenômeno são a diminuição da resistência mecânica, surgimento de trincas e empenamento das peças. Muitos esforços são empregados na minimização dessas tensões residuais e, para isso, uma etapa indispensável é a sua medição. Existem métodos e equipamentos já disponíveis para medição de tensões residuais em materiais metálicos, porém, no campo dos materiais poliméricos ainda há muitos aspectos a serem melhor explorados. Neste trabalho foi construído um dispositivo para medição de sinais de extensiometria, o qual foi utilizado para determinação de tensões residuais segundo as técnicas mais utilizadas atualmente para metais. Técnicas de simulação de injeção foram utilizadas para estimar o surgimento de tensões residuais em corpos-de-prova poliméricos sob diversas condições de fabricação. Análise estatística foi realizada para selecionar as condições de fabricação mais propícias ao tensionamento das peças. Corpos-de-prova foram fabricados nas condições de processo selecionadas. Medições de peso das amostras confirmaram estatisticamente que os parâmetros de processo utilizados alteraram significativamente a massa final das peças. Medições de tensões residuais foram realizadas aplicando-se a técnica do furo cego nas amostras fabricadas, determinando-se tensões residuais de tração entre 2,7 MPa e 6,2 MPa, nas camadas próximas às superfície das amostras. O perfil típico de tensões residuais previsto em literatura foi observado nos experimentos realizados.