Title

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE POLÍMEROS PRODUZIDOS POR MANUFATURA ADITIVA

COMPUTATIONAL SIMULATION OF POLYMERS PRODUCED BY ADDITIVE MANUFACTURING

Authorship

PROENÇA, LUIZ FELIPE SANTIAGO; GUEDES, RAFAEL DA FONSECA; FERBER, SAMUEL SOARES; JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA; MONTEIRO, SERGIO NEVES; NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

PROENÇA, LUIZ FELIPE SANTIAGO

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GUEDES, RAFAEL DA FONSECA

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FERBER, SAMUEL SOARES

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JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA

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MONTEIRO, SERGIO NEVES

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NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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DOI

10.5151/2594-5327-41895

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Abstract

Este trabalho apresenta uma abordagem integrada de manufatura aditiva e simulação computacional para avaliação mecânica e balística de polímeros. Corpos de prova foram fabricados por impressão 3D utilizando tecnologia Digital Light Processing (DLP) e resina acrílica comercial, seguindo as especificações da norma ASTM D790-10 para ensaio de tração. As amostras foram caracterizadas experimentalmente em tração, e os resultados obtidos (média de 26,21 MPa para resistência à tração e 2,16 GPa para módulo de elasticidade) foram utilizados como parâmetros de entrada em simulações no Ansys Workbench e LS-Dyna. As simulações reproduziram com fidelidade os resultados reais, permitindo extrapolação para análise de impacto balístico com diferentes espessuras de placas. Os modelos virtuais possibilitaram identificar a distribuição de tensões, zonas de falha e eficiência na absorção de energia, com destaque para a espessura de 13 mm, que absorveu até 58% da energia de impacto. Conclui-se que a combinação de métodos experimentais e modelagem via elementos finitos é eficaz para prever o comportamento mecânico das amostras, otimizando tempo, recursos e segurança na caracterização de materiais para aplicações em defesa.

THIS STUDY PRESENTS AN INTEGRATED APPROACH COMBINING ADDITIVE MANUFACTURING AND COMPUTATIONAL SIMULATION FOR THE MECHANICAL AND BALLISTIC EVALUATION OF POLYMERS. TEST SPECIMENS WERE FABRICATED USING 3D PRINTING WITH DIGITAL LIGHT PROCESSING (DLP) TECHNOLOGY AND COMMERCIAL ACRYLIC RESIN, FOLLOWING THE ASTM D790-10 STANDARD SPECIFICATIONS FOR TENSILE TESTING. THE SAMPLES WERE EXPERIMENTALLY CHARACTERIZED IN TENSION, AND THE OBTAINED RESULTS (AVERAGE TENSILE STRENGTH OF 26.21 MPA AND ELASTIC MODULUS OF 2.16 GPA) WERE USED AS INPUT PARAMETERS IN SIMULATIONS PERFORMED WITH ANSYS WORKBENCH AND LS-DYNA. THE SIMULATIONS ACCURATELY REPRODUCED THE EXPERIMENTAL RESULTS, ENABLING EXTRAPOLATION FOR BALLISTIC IMPACT ANALYSIS USING PLATES OF VARYING THICKNESSES. THE VIRTUAL MODELS ALLOWED FOR THE IDENTIFICATION OF STRESS DISTRIBUTION, FAILURE ZONES, AND ENERGY ABSORPTION EFFICIENCY, WITH PARTICULAR EMPHASIS ON THE 13 MM PLATE, WHICH ABSORBED UP TO 58% OF THE IMPACT ENERGY. IT IS CONCLUDED THAT THE COMBINATION OF EXPERIMENTAL METHODS AND FINITE ELEMENT MODELING IS EFFECTIVE IN PREDICTING THE MECHANICAL BEHAVIOR OF THE SAMPLES, OPTIMIZING TIME, RESOURCES, AND SAFETY IN THE CHARACTERIZATION OF MATERIALS FOR DEFENSE APPLICATIONS.

Keywords

Manufatura Aditiva, Simulação Computacional, Impacto Balístico, Elementos Finitos.

Additive Manufacturing, Computational Simulation, Ballistic Impact, Finite Elements