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Abstract(s)
Ao longo dos anos, tem havido uma forte procura de novos materiais que possam ser seguros, leves e económicos. Ao mesmo tempo, pretende-se que tenham boas propriedades mecânicas e que sejam fáceis de fabricar, de modo a substituir os metais em várias aplicações. Neste contexto, os polímeros deverão ser considerados como um potencial material a ser usado como substituição, devido as suas características únicas. No entanto, os polímeros possuem um comportamento um pouco mais complexo, o que causa alguns obstáculos nas fases inicias do seu design. Essas fases incluem análise estática, tensões cíclicas e ocorrência de falha, na presença de entalhes ou concentradores de tensões. Deste modo, uma compreensão mais profunda do comportamento mecânico dos polímeros, principalmente na presença de concentradores de tensões, é muito importante. A fotoelasticidade poderá ser um método experimental conveniente de forma a permitir prever a distribuição de tensões em modelos poliméricos com concentradores de tensões, ao mesmo tempo permitindo uma observação a olho nu dessa mesma distribuição. Quando um provete fotoelástico, ao possuir propriedades birrefringentes, encontra-se sob o efeito de um carregamento e iluminado com uma luz vulgar, este exibe um padrão de franjas fotoelásticas que estão relacionadas com a diferença das tensões principais e sua direção. Estas franjas são conhecidas como isocromáticas e isoclínicas. Com o presente trabalho, pretende-se observar e interpretar o estado de tensão e calcular a diferença de tensões principais num modelo em carregamento de Polimetil-Metacrilano (PMMA) e Poliestireno (PS), contendo um furo ou dois furos centrais circulares. Estes materiais foram selecionados por serem birrefringentes e por se enquadrarem no contexto do projecto IPL/2016/SoftImob/ISEL, como materiais radiotransparentes. Com estes objetivos, irão ser realizados ensaios experimentais estáticos. Numa fase final, os resultados experimentais irão ser comparados aos resultados alternativos obtidos através de simulações pelo Métodos dos Elementos Finitos, em comportamento linear-elástico.
Over the years, there has been an intense quest for new materials that can be safe, lightweight and economical. While maintaining good mechanical properties, they need to be also easy to fabricate, in order to substitute metals in many applications. In this context, polymers should be considered as a potential material to be used in that replacement, due to its unique properties. Polymers have, though, a more complex behavior, whose poses additional difficulties at design stage. This stage usually includes static analysis, cyclic stresses and crack occurrence, in the presence of notches. Therefore, a deeper understanding of polymers mechanical behavior, in the presence of those stress raisers, is very important. Photoelasticity may be a convenient experimental method to enable the prediction of stresses distributions in polymeric parts with notches, while allowing for its illustrative visualization. When a photoelastic specimen, having birefringent properties, is under load and illuminated with an ordinary light, it exhibits photoelastic fringe patterns that are related with the principal-stress difference and their direction. These fringes are called isochromatic and isoclinic. With the present work, it is intended to observe and interpret the stress distribution and to calculate the principal-stress difference in a loaded Polymethyl-Methacrylate (PMMA) and Polystyrene specimens, containing one or two central circular holes. There two materials were selected due to their birefringence and due to their relation to the project IPL/2016/SoftImob/ISEL, as radiotransparent materials. To these purposes, static experiments will be carried out. Finally, the experimental results will be compared with alternative results obtained through Finite Element Method simulations, modeling the linear elastic behavior.
Over the years, there has been an intense quest for new materials that can be safe, lightweight and economical. While maintaining good mechanical properties, they need to be also easy to fabricate, in order to substitute metals in many applications. In this context, polymers should be considered as a potential material to be used in that replacement, due to its unique properties. Polymers have, though, a more complex behavior, whose poses additional difficulties at design stage. This stage usually includes static analysis, cyclic stresses and crack occurrence, in the presence of notches. Therefore, a deeper understanding of polymers mechanical behavior, in the presence of those stress raisers, is very important. Photoelasticity may be a convenient experimental method to enable the prediction of stresses distributions in polymeric parts with notches, while allowing for its illustrative visualization. When a photoelastic specimen, having birefringent properties, is under load and illuminated with an ordinary light, it exhibits photoelastic fringe patterns that are related with the principal-stress difference and their direction. These fringes are called isochromatic and isoclinic. With the present work, it is intended to observe and interpret the stress distribution and to calculate the principal-stress difference in a loaded Polymethyl-Methacrylate (PMMA) and Polystyrene specimens, containing one or two central circular holes. There two materials were selected due to their birefringence and due to their relation to the project IPL/2016/SoftImob/ISEL, as radiotransparent materials. To these purposes, static experiments will be carried out. Finally, the experimental results will be compared with alternative results obtained through Finite Element Method simulations, modeling the linear elastic behavior.
Description
Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica
Keywords
Polímeros PMMA PS Fotoelasticidade Viscoelasticidade Método dos Elementos Finitos Polymers PMMA PS Photoelasticity Viscoelasticity
Citation
Viegas, Mafalda Lopes - Estudo da iniciação de falha usando fotoelasticidade e simulação computacional. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2018. Dissertação de Mestrado.