Numerical simulation of flexural tests in metal ceramic composites

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo simular com um software o processo de produção (compactação e sinterização) e ensaios de flexão em materiais compósitos de metal e cerâmica. Tais compósitos são compostos de particulados e/ou grãos dentro de uma matriz. Esses materiais particulados são simulados utilizando o Método de Elementos Discretos (MED), que calcula o movimento de um número finito de partículas de um sistema ou durante um processo. Com o programa de MED é possível realizar a produção de vigas em microescala pela compactação de partículas de alumina e aço, com três variações de composição. Um modelo de ligação é utilizado para simular o material após a sinterização e posteriormente essas vigas são submetidas a um teste de flexão de três pontos, onde é possível obter o módulo de elasticidade do material compósito. Resultados satisfatórios foram obtidos ao comparar com dados de experimentos reais. O modelo de ligação foi validado para o material a partir da análise da microestrutura simulada e dos resultados do módulo de elasticidade.

The objective of the the present work is to simulate with a software the production process (compaction and sintering) and flexural tests in a metal ceramic composite. This composite is composed of particles or flakes inside a matrix. This kind of particulate materials are simulated with the Discret Element Method (DEM), which calculates the movement of a finite number of particles in a sistem or during a process. With the DEM software, it is possible to carry out the production of beams in a microscale by the compaction of steel and alumina particles, with three variations of composition. A bonding model is used to simulate the material after the sintering process. Afterwards, three point bending test are carried out in the beams and the elastic modulus of the material is obtained. Satisfatory results were obtained by comparing with real experimental data. The bonding model was validated for the material by the analisys of the simulated microstructure and the results on the elastic modulus.