Publicação: Simulação de microindentação de material multicamada pelo
método dos elementos finitos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Orientador
Coorientador
Costa, Henara Lillian
Resumo
Materiais multicamadas são amplamente utilizados para melhorar as
propriedades tribológicas de componentes mecânicos. Uma forma de se
mensurar propriedades mecânicas de materiais multicamadas é através do
ensaio de indentação, que apesar de ser largamente utilizado na determinação
de propriedades, não permite a análise de campos de tensão no material
multicamada. Devido à natureza do problema, os métodos numéricos, como o
Método dos Elementos Finitos (MEF), são de grande utilidade na análise dos
campos de tensão e deformação em componentes revestidos. Este trabalho
teve por objetivo determinar, usando o MEF, espessuras dos revestimentos
que retardem o aparecimento de trincas e a delaminação de um material
multicamadas, assim como analisar a influência da profundidade de indentação
na resposta do ensaio. O material é composto por uma camada mais externa
de carbono tipo diamante (Diamond-like Carbon - DLC), uma camada de
Nitreto de Cromo (CrN) e um substrato de aço baixo carbono ABNT 1020.
Foram simuladas 49 diferentes espessuras, com 7 espessuras para cada um
dos revestimentos, conforme as possibilidades de fabricação e baseado em um
planejamento. Estas espessuras mais favoráveis foram escolhidas com base
em dois critérios objetivos: i. Maximizar a distância das tensões máximas de
cisalhamento e radial das interfaces entre os materiais, para dentro da camada
de CrN, e ii. Minimizar o valor da tensão máxima radial localizada dentro da
camada composta por DLC. Para analisar a influência da profundidade de
indentação foram feitas 5 simulações, com diferentes profundidades de
indentação. Nas simulações foi utilizado o Método dos Elementos Finitos
Explícito, com auxílio do software STAMPACK®.
Abstract
Multilayered materials are widely used to improve the tribological properties of
mechanical components. One way of measuring mechanical properties of
multilayered materials is by indentation testing, which despite being widely used
for the determination of properties, does not allow the analysis of stress fields
inside the multilayered material. Due to the nature of the problem, numerical
methods such as the Finite Element Method (FEM) are very useful in the stress
and strain fields analysis on coated parts. This study aimed to determine, using
FEM, thicknesses of coatings that delay the appearance of cracks and
delamination of a multilayered material, as well as analyze the influence of the
indentation depth in the test response. The material is composed of an extern
layer of Diamond-like Carbon (DLC), a nitride chromium layer (CrN) and a low
carbon steel ABNT 1020 substrate. Forty nine (49) models of different thickness
were simulated, with 7 thickness for each coating, according to manufacturing
possibilities and planning. These thicknesses were chosen based on two
objective criteria: i. Maximize the distance of the maximum shear and radial
stresses from the material interfaces, into the CrN layer, and ii. Minimize the
maximum radial stress within the DLC layer. To analyze the influence of
indentation depth were made five simulations with different depths of
indentation. The simulation used the Explicit Finite Element Method, with the
software STAMPACK®.
Palavras-chave
Método dos elementos finitos, Indentação, Material multicamada, Finite element method, indentation, multilayered material, Materiais compostos, Método dos elementos finitos
Citação
FELICE NETO, Fábio Raffael. Simulation of a multilayered material microindentation by finite
element method. 2012. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2012.316