Simulação computacional da prensagem de pós para a previsão de falhas em compactos verdes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Furlan, Matheus
Orientador(a): Canto, Rodrigo Bresciani lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20519
Resumo: Numerical simulation is a powerful tool for reducing production costs and improving dimensional tolerance and mechanical properties of parts produced by powder pressing. The prediction of mechanical properties in green compacts, during and after compaction, is crucial for ensuring part integrity in subsequent processes, such as green machining and sintering. However, failure prediction in green compacts is a field yet to be explored. Additionally, the constitutive models used to represent the mechanical behavior of the powder calls for various calibration procedures. In this context, this project aims to explore the use of experimental procedures and numerical simulations to predict failures in green compacts. To do so, closed-die pressing tests were conducted using an instrumented die equipped with strain gauges, pistons with axial sensors, an axial load cell, and an LVDT sensor. The experimental signals were compared with their numerical counterparts to adjust the parameters of the Drucker-Prager/Cap (DPC) constitutive model, based on parameters obtained from the literature. Two materials were evaluated: alumina powder and PTFE powder. After these adjustments, rubber multiaxial pressing (RMP) tests were planned via numerical simulations, aiming at a geometry/condition in which pinching of the elastomeric mold occurs on the green compact. Experimentally, fractures were observed for both materials. By post-processing the simulation results of these RMP tests, it was possible to validate the DPC model as an indicator of the failures observed experimentally, despite the model's development for simulating material consolidation. The agreement was higher for greater pressure and density levels, and for alumina powder. Thus, the use of DPC models during pressing simulations may provide valuable information about certain conditions and regions that might experience failure, which can be directly applied to rubber mold projects for isostatic pressing and rubber multiaxial pressing.
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The prediction of mechanical properties in green compacts, during and after compaction, is crucial for ensuring part integrity in subsequent processes, such as green machining and sintering. However, failure prediction in green compacts is a field yet to be explored. Additionally, the constitutive models used to represent the mechanical behavior of the powder calls for various calibration procedures. In this context, this project aims to explore the use of experimental procedures and numerical simulations to predict failures in green compacts. To do so, closed-die pressing tests were conducted using an instrumented die equipped with strain gauges, pistons with axial sensors, an axial load cell, and an LVDT sensor. The experimental signals were compared with their numerical counterparts to adjust the parameters of the Drucker-Prager/Cap (DPC) constitutive model, based on parameters obtained from the literature. Two materials were evaluated: alumina powder and PTFE powder. After these adjustments, rubber multiaxial pressing (RMP) tests were planned via numerical simulations, aiming at a geometry/condition in which pinching of the elastomeric mold occurs on the green compact. Experimentally, fractures were observed for both materials. By post-processing the simulation results of these RMP tests, it was possible to validate the DPC model as an indicator of the failures observed experimentally, despite the model's development for simulating material consolidation. The agreement was higher for greater pressure and density levels, and for alumina powder. Thus, the use of DPC models during pressing simulations may provide valuable information about certain conditions and regions that might experience failure, which can be directly applied to rubber mold projects for isostatic pressing and rubber multiaxial pressing.Simulação computacional é uma ferramenta importante para reduzir os custos de produção e melhorar o controle dimensional e das propriedades mecânicas de peças produzidas por prensagem de pós. A previsão das propriedades mecânicas em compactos verdes, durante e após a prensagem, é crucial para garantir a integridade da peça em processos subsequentes, como usinagem a verde e sinterização. Entretanto, a previsão de falhas em compactos verdes é um campo pouco explorado na literatura. Ainda, os modelos utilizados para representar o comportamento mecânico do pó demandam diversos experimentos para calibração. Neste contexto, este projeto de pesquisa visa a simulação computacional do processo de prensagem de pós para a previsão de falhas em compactos verdes. Foram realizados experimentos de prensagem uniaxial utilizando uma matriz instrumentada com \textit{strain gauges}, pistões com sensores axiais, célula de carga axial e sensor do tipo LVDT. Esses dados foram utilizados para ajustar os parâmetros do modelo constitutivo de Drucker-Prager/Cap (DPC), partindo-se de parâmetros obtidos da literatura. Dois materiais foram avaliados: pós de alumina e PTFE. Em seguida, ensaios de prensagem multiaxial com elastômero (PME) foram planejados via simulações numéricas, visando uma geometria/condição em que ocorresse um pinçamento do molde elastomérico no compacto verde. Experimentalmente, para ambos os materiais, verificou-se a fratura do compacto verde. Após o pós-processamento das simulações e dos experimentos, foi possível estabelecer o uso do modelo de DPC como indicativo das falhas observadas experimentalmente, mesmo esse modelo tendo sido desenvolvido para simular a consolidação de materiais. A concordância foi maior para níveis de pressão e densidade mais elevados, e para o pó de alumina. Concluiu-se que o modelo de DPC pode fornecer informações sobre regiões com possibilidade de falhas, podendo ser aplicado em projetos de moldes elastoméricos para prensagem isostática e multiaxial com elastômero, a fim de evitar as falhas.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2021/14452-7, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2023/12025-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPrevisão de falhasEnsaios mecânicosSimulação computacionalMétodo dos elementos finitosPrensagem de pósCompacto verdeFailure predictionMechanical testsFinite element methodPowder pressingGreen compactsENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSSimulação computacional da prensagem de pós para a previsão de falhas em compactos verdesNumerical simulation of powder pressing to predict failure in green compactsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTMatheus Furlan - Dissertação.pdf.txtMatheus Furlan - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103438https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d2f08cbd-f78e-46ea-addb-172c9299d0a0/downloaddc3bb0fa695deff8fae2448a3e4d4493MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILMatheus Furlan - Dissertação.pdf.jpgMatheus Furlan - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4058https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7c13ace8-a21e-4a83-ba5b-1255c3ac186e/download650ba81c5b61d52273056f68a3853bf3MD54falseAnonymousREADORIGINALMatheus Furlan - Dissertação.pdfMatheus Furlan - Dissertação.pdfapplication/pdf15958346https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/09d7af52-3a92-4ff9-92da-d03997e072a5/download409536ac8947d0edd5a8cc4c38888da7MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/67990971-76c8-486d-83e4-341ffac2a8dc/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/205192025-02-06 03:12:14.465http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20519https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T06:12:14Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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