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Previous issue date: 2014-08-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent years, High Density Polyethylene (HDPE) has been widely used in structural engineering applications, especially in the manufacture of pipes for transporting water, gas and sewage. This growth can be attributed to its excellent mechanical properties and good impact resistance, high tensile strength, low weight compared to metallic materials, corrosion resistance, good fatigue behavior, flexibility and easy processability. In view of this, reliable procedures to evaluate the structural response of components manufactured with this material have become increasingly important. HDPE has non linear viscoelastoplastic behavior, which means that the properties depend on time and applied load. So the aim of this work is to propose a model that considers the viscoelastoplastic behavior of HDPE and to develop a procedure to identify the material parameters. The model adopted is based on the Prony series for viscoelasticity and the power law of Zapas-Crissman for viscoplasticity. The associated material parameters are obtained from experimental creep-recovery tests for different stress levels in constant temperature. This type of test allows to employ an uncoupled procedure for material parameters identification for viscoelastic and viscoplastic strains. So, first, the viscoelastic parameters are obtained by the method of Particle Swarm Optimization (PSO). Also, a study of the influence of the number of particles and generations is presented for better analysis and evaluation of the method. Then the viscoplastic parameters are determined by linear regression. The response obtained by the model shows a good prediction of experimental tests. After the material parameters identification for each stress level, a procedure of linear interpolation is adopted to find the material parameters in intermediate stress (untested). Then, a numerical routine was developed with the material formulation proposed and the interpolation coefficients procedure and the results of the stress-strain behavior were determined. Finally, discussions of the results are presented evaluating the coefficients obtained, the optimization method and the implementation of the material formulation and concluding that the proposed procedure is suitable for the identification of nonlinear HDPE viscoelastoplastic parameters. / Nos últimos anos, o Polietileno de Alta Densidade (PEAD) tem sido amplamente utilizado em aplicações estruturais de engenharia, principalmente na confecção de tubulações para transporte de água, gás e esgoto. Esse crescimento pode ser atribuído às suas excelentes propriedades mecânicas como boa resistência ao impacto, alta resistência à tração, baixo peso quando comparado com materiais metálicos, resistência à corrosão, bom comportamento em fadiga, além de flexibilidade e fácil processabilidade. Em vista disso, procedimentos confiáveis para avaliar a resposta estrutural de componentes manufaturados com este material têm se tornado progressivamente importantes. O PEAD apresenta comportamento viscoelastoplástico não linear, ou seja, suas propriedades dependem do tempo e da carga aplicada. Portanto, o objetivo desse trabalho foi propor uma formulação que considere o comportamento viscoplástico do PEAD e um procedimento de identificação dos parâmetros materiais associados. O modelo é baseado em séries de Prony para a viscoelasticidade e a lei de potência de Zapas-Crissman para viscoplasticidade. Os parâmetros materiais associados são obtidos de ensaios experimentais de fluência-recuperação para diferentes níveis de tensão com temperatura controlada. Esse tipo de ensaio permite empregar um procedimento de identificação de parâmetros desacoplados, onde é possível determinar a deformação viscoelástica independente da deformação viscoplástica. Assim, inicialmente, obtêm-se os parâmetros viscoelásticos através do método de otimização por enxame de partículas (Particle Swarm Optimization - PSO). Depois, os parâmetros viscoplásticos são determinados por regressão linear. A resposta obtida pelo modelo mostra uma boa predição do comportamento experimental. Já com os parâmetros materiais identificados para cada nível de tensão, um procedimento de interpolação linear é adotado para encontrar os parâmetros materiais em tensões intermediárias (não ensaiadas). Na seqüência, uma rotina numérica é desenvolvida com a formulação material proposta juntamente com as interpolações dos coeficientes e resultados do comportamento do modelo foram determinados. Por fim, as discussões dos resultados são apresentadas avaliando os coeficientes obtidos, o comportamento do método de otimização e a implementação da formulação material e concluindo que o procedimento proposto é adequado para a identificação dos parâmetros viscoelastoplásticos não lineares do PEAD.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/2061 |
| Date | 22 August 2014 |
| Creators | Kühl, André |
| Contributors | Rojas, Pablo Andrés Muñoz |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Mestrado em Engenharia Mecânica, UDESC, BR, Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Unknown |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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