ANÁLISE NUMÉRICA E EXPERIMENTAL DA DISSIPAÇÃO DE ENERGIA EM ELEMENTOS PSEUDOELÁSTICOS

Abstract

Mechanical vibrations can promote a degradation process, reducing the useful life of the machine components, machines, structures, and also can affect the occupational health of operators. Several solutions to problems of unwanted vibrations in structures and machines were developed. Smart materials have been applied, especially in recent years, in mechanical vibrations attenuators. Among intelligent materials, Shape Memory Alloys (Shape Memory Alloys - SMA) have the ability to develop hysteretic pseudoelastic behavior associated to energy dissipation and stiffness variation. This work presents a nonlinear numerical modeling based on the finite element method developed to study the behavior of pseudoelastic elements of SMA vibration attenuators. A constitutive model that considers the presence of two phases (austenite and martensite) and large displacement effects is used to study the behavior of SMA bars under axial and torsional loads and SMA helical springs. Experimental analysis is used to calibrate the numerical model developed. The results indicate that the model is able to capture the main behavior of SMA pseudoelastic elements.

As vibrações mecânicas podem gerar um processo de degradação, reduzindo o tempo de vida útil dos componentes de máquinas, estruturas e a saúde ocupacional dos operadores. Diversas soluções para problemas de vibrações indesejadas em estruturas e máquinas têm sido desenvolvidas. Os materiais inteligentes têm sido aplicados, especialmente nos últimos anos, em vários campos, inclusive em dispositivos que têm como principal função a atenuação de vibrações mecânicas. Entre os materiais inteligentes, as Ligas com Memória de Forma (Shape Memory Alloys - SMA) apresentam a capacidade de desenvolver comportamentos pseudoelástico histeréticos associados com a dissipação de energia e a alteração de rigidez. Este trabalho apresenta uma modelagem numérica não-linear baseada no Método de Elementos Finitos para estudar o comportamento de elementos pseudoelásticos de SMA atenuadores de vibrações. O modelo constitutivo utilizado considera a presença de duas fases (martensita e austenita) e grandes deslocamentos, e é utilizado para estudar o comportamento de barras e molas helicoidais de SMA sob carregamento axial e de torção. Análises experimentais são utilizadas para calibrar o modelo numérico desenvolvido. Os resultados indicam que o modelo desenvolvido é capaz de capturar o comportamento dos elementos pseudoelásticos de SMA.