Yield Surfaces of Material Composed of Porous and Heterogeneous Microstructures Considering Phase Debonding

Abstract

This work deals with numerical simulation of the mechanical behavior of materials composed of heterogeneous ductile microstructures using a multi-scale approach considering plasticity processes and phase debonding. Due to few studies about yield surfaces of metal matrix composites (MMC) with weak interfaces presented in the literature, the major goal of this work is to propose yield surfaces for metal matrix composites reinforced by rigid inclusions. The yield surfaces are obtained for Representative Volume Elements (RVEs) of materials presenting perfectly bonded inclusions and phase debonding in the interface zone. The matrix is considered an ideally plastic material governed by von Mises model, whereas the interface zone is modeled by means contact and fracture constitutive models incorporated in a proposed finite element. Also, RVEs containing different distributions and volume ratios of voids are analyzed. Considering the phase debonding, for compressive loadings the RVE behaves like RVE with perfectly bonded inclusions whereas for tension loadings the RVE presents a behavior quite similar to the one with voids. On the other hand, the concentration of voids in the RVE decreases its mechanical strength.

Análise em multi-escala do problema bidimensional de placas submetidas ao cisalhamento e considerando descolamento de fases

“…Em PITUBA et al [7], SANTOS e PITUBA [8] e SANTOS et al [32], algumas simulações numéricas foram realizadas para evidenciar o processo de colapso de microestruturas de materiais compósitos. Contudo, no presente trabalho os elementos finitos de fratura coesiva e contato são incorporados à formulação MEF/MEC multi-escala para a análise chapas [16] compostas por CMM.…”

“…Entretanto, nas últimas décadas, formulações teóricas levando em conta fenômenos dissipativos que ocorrem na microescala e que repercutem no comportamento mecânico do macrocontínuo têm sido propostas para tratar de processos complexos em materiais heterogêneos. Surgiram, então, as chamadas teorias multi-escala utilizando modelos baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF) para uma ou mais escalas do problema, [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12] e mais recentemente métodos sem malha [13], teoria de volume finito [14] e método dos elementos finitos generalizados [15] vêm sendo empregados na análise de uma ou mais escalas. Já formulações baseadas no Método dos Elementos de Contorno (MEC) vêm sendo desenvolvidas, principalmente pelos autores do presente trabalho [16][17][18][19][20][21][22][23].…”