Determinação experimental e simulação numérica do comportamento viscoelástico de polímeros: estudos em PVC

Abstract

O uso de polímeros em aplicações estruturais requer que o comportamento dependente do tempo e suas implicações sobre a resposta mecânica seja considerada no projeto de componentes envolvendo estes materiais. A dependência temporal das propriedades mecânicas é resultado da combinação de efeitos de materiais sólidos elásticos e líquidos, que definem o comportamento viscoelástico. O principal enfoque deste trabalho é determinar as propriedades mecânicas viscoelásticas do polivinil clorídrico rígido (PVC), através de ensaios de fluência sob tração e flexão em diferentes temperaturas, e ensaios dinâmicos sob carga senoidal de flexão com frequência variável, utilizando técnicas de medição por extensometria. Os ensaios de fluência sob flexão em corpos de prova anelar pretendem estabelecer uma maneira alternativa para caracterizar o material viscoelástico, substituindo os ensaios de fluência sob tração. Para execução dos ensaios de fluência, os corpos de prova foram usinados a partir de chapas de PVC, mantendo a direção de extrusão da chapa correspondente à direção de carregamento dos ensaios, oferecendo melhor comparação entre os resultados experimentais de ambos. Os ensaios de fluência sob tração e flexão fornecem os dados de deformação ao longo do tempo, que serão ajustados por um função matemática na forma de série de Prony, fornecida pelo modelo de Maxwell generalizado de 11 parâmetros. Esta função deverá ser convertida para simular numericamente o comportamento viscoelástico. O método de conversão apresentado baseia-se no princípio da correspondência e na aplicação da transformada de Laplace nas relações elásticas tridimensionais. Esta abordagem experimental e numérica para os ensaios de fluência, possibilita o confronto dos resultados experimentais com os das simulações numéricas e com os dados disponíveis na literatura. Como complemento aos objetivos experimentais realizam-se ensaios dinâmicos sob flexão, a fim de estabelecer comparativamente as propriedades mecânicas viscoelásticas do material obtidas através de ensaios dinâmicos e de fluência estáticos.