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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Propriedades mecânicas de espumas metálicas sob altas temperaturas
Title Alternative: Mechanical properties of metallic foams at elevated temperatures
Author: Tavares, Miguel de Morais, 1988-
Advisor: Vieira Junior, Luiz Carlos Marcos, 1982-
Abstract: Resumo: As espumas metálicas, isto é, materiais de natureza metálica com uma estrutura porosa interna, são usadas graças à combinação de propriedades mecânicas e físicas, tais como a alta rigidez à flexão aliada ao baixo peso específico, a capacidade de dissipação de energia e a resistividade térmica. As espumas metálicas têm tanto vantagens estruturais como não estruturais e podem ser usadas, por exemplo, como núcleos de painéis sanduíche para a construção leve, ou absorvedores de impacto graças à alta compressibilidade deste tipo de materiais (até 90% de deformação). No presente trabalho foram testadas à compressão espumas compostas por esferas de aço ocas e espumas de alumínio fabricadas pelo processo da Metalurgia do Pó, sujeitas às temperaturas de 24 ºC, 100 ºC, 150 ºC, 200 ºC, 300 ºC, 400 ºC, 500 ºC, 550 ºC e 700 ºC. A caracterização experimental abrange o gradiente quase elástico, a tensão de escoamento determinada pelo método do "offset", a tensão de platô, a deformação de densificação, o módulo de enrijecimento e a absorção de energia. A obtenção das propriedades é feita tanto por métodos tradicionais como tendo por base a técnica de simulação analítica baseada em componentes. As espumas de aço mantiveram as suas propriedades até 400 ºC, enquanto que as espumas de alumínio viram suas propriedades se degradarem logo a partir dos 150 ºC. Apesar dos fatores de retenção da tensão de platô terem seguido a mesma tendência do Eurocode verificadas para o aço e alumínio sólido, a oxidação do ferro registrada entre 150 e 300 ºC produziu uma coloração azul nas espumas de aço, resultando em um aumento da sua rigidez para esse intervalo de temperaturas. Com os resultados experimentais obtidos para as espumas de esferas de aço ocas foi possível desenvolver um modelo numérico explícito que possibilita uma análise paramétrica. Dado que as espumas metálicas podem ser utilizadas em ambientes de altas temperaturas este trabalho visa apresentar as propriedades mecânicas baseadas nos ensaios realizados e demonstra uma melhoria significativa na metodologia de obtenção dessas propriedades quando usada a simulação analítica baseada em componentes, permitindo uma melhor interpretação dos resultados obtidos. O modelo numérico desenvolvido permitiu ainda investigar a influência da geometria na resposta do modelo explícito feito para a espuma de aço

Abstract: Metallic foams, i.e., metal with internal voids, are used due to the combination of interesting mechanical and physical properties, like the enhanced bending rigidity in conjunction with very low specific weight, exceptional energy dissipation and thermal resistivity. Metallic foams have both structural and non-structural advantages and can be used, for example, as cores of sandwich panels for lightweight construction and crash absorbers due to their high compressibility (80-90% strain). This work evaluates mechanical properties of hollow sphere (HS) steel foams and powder metallurgy aluminum foams under compressive loads at a range of temperatures: 24 ºC, 100 ºC, 150 ºC, 200 ºC, 300 ºC, 400 ºC, 500 ºC, 550 ºC and 700 ºC. The experimental characterization of the HS steel foam encompassed quasi-elastic gradient, compressive offset stress and plasticity metrics such as plateau stress, densification strain, hardening modulus and energy absorption. Mechanical properties are obtained based on typical methods, as well as component-based modelling approach. Steel foams maintained their properties up to 400 ºC, while aluminum foams began to soften at 150 ºC only. Although plateau stress retention factors followed Eurocode reductions for bulk steel and aluminum in general, oxidation of Fe at 150-300 ºC produced distinct blue discoloration of the steel foam samples. These samples showed an increase in their stiffness at that temperature range. Experimental results obtained for hollow sphere steel foams allowed the developing of a finite element model that permitted a parametric analysis. Since metallic foams can be subjected to high temperatures, this work aims to present its mechanical properties based on experimental tests and shows a significant improvement on understanding the mechanical performance of steel and aluminum foams at high temperatures when component-based modelling approach is used. Furthermore, the finite element model was able to capture the model geometry influence on the stress-strain response of metallic foams
Subject: Espumas metálicas
Análise térmica
Compressão axial
Aço - Estruturas
Ligas de alumínio
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: TAVARES, Miguel de Morais. Propriedades mecânicas de espumas metálicas sob altas temperaturas. 2018. 1 recurso online (83 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEC - Tese e Dissertação

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