Numerical study on the characterization of the plastic behaviour of multilayer sheets

Abstract

Atualmente, os materiais compósitos estão a assumir um papel cada vez mais importante nos processos de conformação de materiais. São populares porque combinam excelentes propriedades físicas e mecânicas com um peso relativamente baixo. Além disso, os compósitos têm um vasto campo de aplicação. O objetivo principal deste trabalho é estudar o comportamento plástico de chapas multicamada e a sua conformabilidade. Isto foi conseguido através de modelação por elementos finitos que permitiram a realização de simulações numéricas, recorrendo ao código de elementos finitos DD3IMP; o software GiD foi também usado na análise dos resultados. Nas simulações numéricas, os materiais são considerados isotrópicos, o que significa que o seu comportamento é independente da direção do carregamento aplicado. Além de estudar o comportamento plástico das chapas multicamada, outro objetivo deste trabalho passa por identificar, se possível, um material equivalente ao material compósito, ou seja, um material único que tenha um comportamento plástico semelhante ao do compósito.O principal objeto deste estudo é uma chapa com três camadas, composta por duas camadas exteriores de aço, sendo o núcleo constituído por um material polimérico ou um alumínio. A chapa é submetida a um ensaio mecânico e processos de conformação plástica, por forma a caracterizar e compreender o comportamento de materiais compósitos. Tanto o compósito como o material equivalente foram sujeitos a simulações do ensaio de expansão biaxial sob pressão de óleo, bem como aos processos de estampagem de um perfil em U e de uma taça quadrada.

Nowadays, composite materials are assuming an increasingly important role in material forming processes. They are popular because they can combine great physical and mechanical properties with a relatively low weight. Composites also have a very wide range of applications. The main objective of this work is to study the plastic behaviour of multi-layer sheets and their formability. This was attained through finite element modelling that allowed numerical simulations, resorting to the in-house finite element code DD3IMP; the GiD software was used in the analysis of the results. In numerical simulations, the materials are considered isotropic, meaning that their behaviour is independent from the direction of the applied loading. Besides studying the plastic behaviour of multilayer sheets, another objective of this work is, if possible, to identify a material equivalent to the composite material, that is, a single material having a plastic behaviour similar to that of the composite. The main object of this study is a three-layer sheet, composed by two outer layers of steel and a core made up of a polymeric material or an aluminium. The sheet is submitted to mechanical testing and forming processes, in order to characterize and understand the behaviour of composite materials. Both the sheet and the equivalent material were submitted to numerical simulations of the bulge test and also to the deep drawing of a U-channel profile and a square cup.------------------------------------------------