Title

MODELAGEM NUMÉRICA DO ENSAIO DE COMPRESSÃO DINÂMICA EM BARRA HOPKINSON NA LIGA DE ALUMÍNIO AERONÁUTICO 7075-T6

NUMERICAL MODELING OF THE DYNAMIC COMPRESSION TEST USING HOPKINSON BAR IN THE AEROSPACE ALUMINUM ALLOY 7075-T6

Authorship

REIS, LUCAS MOURA MONTENEGRO; JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA; NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO; MONTEIRO, SERGIO NEVES

REIS, LUCAS MOURA MONTENEGRO

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JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA

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NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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MONTEIRO, SERGIO NEVES

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DOI

10.5151/2594-5327-42072

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Abstract

Este trabalho teve como objetivo modelar numericamente o ensaio de compressão dinâmica em barra Hopkinson para avaliar o comportamento da liga de alumínio aeronáutico 7075-T6 submetida a altas taxas de deformação. A simulação foi realizada no LS-DYNA utilizando o método das diferenças finitas explícitas, reproduzindo a configuração típica do ensaio com barra voadora, barra incidente, amostra e barra transmitida. O modelo constitutivo empregado para a liga 7075-T6 considerou endurecimento por deformação sem dependência de temperatura. Os resultados numéricos mostraram boa concordância qualitativa com dados experimentais, reproduzindo fielmente a propagação, dispersão e reflexão de ondas elásticas, além de efeitos como o embarrilhamento da amostra e o aumento da tensão de escoamento, observado em função da alta taxa de deformação. A tensão de escoamento obtida foi superior aos valores de ensaios quase estáticos, coerente com fenômenos metalúrgicos como arrasto viscoso, multiplicação de discordâncias e recristalização dinâmica. Apesar de captar os principais fenômenos físicos, o modelo apresentou valores de tensão e deformação ligeiramente acima dos experimentais, indicando a necessidade de ajustes como calibração de parâmetros constitutivos e inclusão de modelos de fratura. A pesquisa contribui para maior compreensão do desempenho dinâmico da liga 7075-T6 em aplicações estruturais de alta exigência.

THIS STUDY AIMED TO NUMERICALLY MODEL THE DYNAMIC COMPRESSION TEST USING A SPLIT HOPKINSON PRESSURE BAR TO EVALUATE THE BEHAVIOR OF THE AEROSPACE-GRADE 7075-T6 ALUMINUM ALLOY UNDER HIGH STRAIN RATES. THE SIMULATION WAS CONDUCTED IN LS-DYNA EMPLOYING THE EXPLICIT FINITE DIFFERENCE METHOD, REPLICATING THE TYPICAL SHPB CONFIGURATION WITH STRIKER BAR, INCIDENT BAR, SPECIMEN, AND TRANSMITTER BAR. THE CONSTITUTIVE MODEL USED FOR THE 7075-T6 ALLOY CONSIDERED STRAIN HARDENING WITHOUT TEMPERATURE DEPENDENCE. NUMERICAL RESULTS SHOWED GOOD QUALITATIVE AGREEMENT WITH EXPERIMENTAL DATA, ACCURATELY REPRODUCING THE PROPAGATION, DISPERSION, AND REFLECTION OF ELASTIC WAVES, AS WELL AS SPECIMEN BARRELING AND THE INCREASE IN YIELD STRENGTH DUE TO HIGH STRAIN RATES. THE SIMULATED YIELD STRENGTH WAS HIGHER THAN THAT FROM QUASI-STATIC TESTS, CONSISTENT WITH METALLURGICAL MECHANISMS SUCH AS VISCOUS DRAG, RAPID DISLOCATION MULTIPLICATION, AND DYNAMIC RECRYSTALLIZATION. ALTHOUGH THE MAIN PHYSICAL EFFECTS WERE SUCCESSFULLY CAPTURED, THE ABSOLUTE VALUES OF STRESS AND STRAIN WERE SLIGHTLY OVERESTIMATED, INDICATING THE NEED FOR FURTHER CALIBRATION OF CONSTITUTIVE PARAMETERS AND IMPLEMENTATION OF MORE ROBUST FRACTURE MODELS. THE FINDINGS CONTRIBUTE TO A BETTER UNDERSTANDING OF THE DYNAMIC PERFORMANCE OF THE 7075-T6 ALLOY FOR HIGH-DEMAND STRUCTURAL APPLICATIONS.

Keywords

Barra Hopkinson, Modelagem numérica, Liga de alumínio, Comportamento dinâmico.