Simulación del ensayo de dureza Brinell para la aleación de aluminio 2024-t4 empleando el método de elementos finitos

Abstract

El aluminio es uno de los elementos más abundantes en la tierra y sus aleaciones son frecuentemente utilizadas como materiales de ingeniería por su ductilidad, conformabilidad y baja densidad, entre otras propiedades. La aleación del sistema Aluminio-Cobre 2024 es una de las más empleadas por las industrias automotriz y aeronáutica para la fabricación de piezas por conformado plástico ya que la reducción de peso es un requerimiento primordial de diseño. El desarrollo de modelos computacionales para la predicción de fallas por fatiga ante cargas cíclicas en los componentes fabricados con la aleación 2024-T4 requiere la estimación de la curva de deformación- vida a partir de ensayos mecánicos que involucren las propiedades plásticas del material, entre ellos los de dureza. El objetivo de esta investigación es simular computacionalmente el ensayo de dureza Brinell para la aleación 2024-T4, empleando un modelo plástico no lineal de endurecimiento isotrópico, el cual es solucionado mediante el método de los elementos finitos. Se demostró que el modelo plástico no lineal de endurecimiento isotrópico simula con suficiente exactitud la deformación plástica producida por la penetración del indentador esférico en la superficie del material.

Abstract: Aluminium is one of the most abundant materials in the earth, and its alloys are frecuently used as engineering materials because their ductility, formability and low density, among other properties. The 2024 Aluminium- Copper Alloy is commonly used by the automotive and aerospace industries for plastic forming manufacturing processes, searching for a necessary weight reduction in the design. The development of computational models for predicting fatigue failures due to cyclic loading in aluminium 2024-T4 parts, requires the determination of the strain-life curve from mechanical tests involving plastic properties, as the Brinell hardness test. The purpose of this paper is to simulate the plastic behaviour of the 2024-T4 alloy due to a Brinell indentation test, using a non linear isotropic hardening model that is solved with the finite element method. It is showed that the isotropic hardening model simulates with sufficient accuracy the plastic strain produced by the spherical identor on the material surface.