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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-18042017-135251
Document
Author
Full name
Leonardo Monteiro Mazzariol
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Alves, Marcilio (President)
Bittencourt, Marco Lucio
Kawano, Alexandre
Marczak, Rogério José
Micheli, Giancarlo Barbosa
Title in Portuguese
Representação de estruturas sujeitas à cargas de impacto através de modelos escalonados: estrutura e modelo feitos de materiais diferentes.
Keywords in Portuguese
Estruturas (Impacto; Modelos)
Abstract in Portuguese
Lança-se aqui a hipótese de que é possível reproduzir o comportamento do protótipo a partir de modelos feitos de materiais diferentes dos utilizados na estrutura de referência. A influência de distorção de espessura, de diferentes densidades, tensões de escoamento, encruamento e viscoplasticidade são todas avaliadas através de equações analíticas e simulações das estruturas básicas como viga, placa e o impacto de uma estrutura de chapa dupla. Adicionalmente, são realizadas caracterizações quase-estáticas e dinâmicas de material e experimentos em placas circulares para três escalas diferentes (1/1, 2/3 e 1/3), quatro materiais (alumínio, titânio, aço inox e cobre) e duas condições de carregamento: impacto de uma massa a baixa velocidade (3,5m/s) e um projétil a alta velocidade (130m/s). Mostra-se que o uso da lei de Johnson-Cook para descrever o comportamento viscoplástico dos materiais permite obter boa aproximação para o cálculo da velocidade de impacto corrigida, sem que sejam necessárias informações adicionais do comportamento da estrutura. Além disso, os resultados revelam a importância de se manter a razão entre massa de impacto e massa da estrutura constante em modelo e protótipo, levando a desejável similaridade das distorções entre ambas. Assim, ao se confirmar a hipótese deste trabalho, mostra-se possível inferir o comportamento de um protótipo com uso de modelos em escala reduzida feitos a partir de materiais diferentes.
Title in English
Representing structures subjected to impact loads with scaled models: structure and model made of different materials.
Keywords in English
Impact
Scale
Scaling
Similarity
Structure
Abstract in English
It is hypothesized that it is possible to reproduce the behaviour of the prototype by using models made of different materials. The influence of thickness, different densities, flow stresses, hardening and viscoplasticity are all evaluated through analytical equations and simulations of basic structures such as beam, plate and the impact of a double plate structure. In addition, quasi-static and dynamic materials characterization are conducted , with experiments being performed in circular plates for three different scales (1/1, 2/3 and 1/3), four materials (Aluminum, Titanium, Stainless Steel and Copper) and two conditions impact of a mass (3,5m/s) and a projectile at high speed (130m/s). It is shown that the use of Johnson-Cook's law to describe the viscoplastic behavior of the materials allows a satisfactory approximation to the calculation of the corrected impact velocity, without the need for additional information on the behavior of the structure. In addition, the results reveal the relevance of maintaining the ratio between impact mass and structure mass constant in model and prototype, leading to the desirable similarity of the distortions between the two. Thus, when confirming the hypothesis of this work, it is possible to infer the behavior of a prototype using small scale models made from different materials.
 
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Publishing Date
2017-04-18
 
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