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Type: Dissertação
Title: Nanoindentação de materiais elásticos lineares com espessura finita
Authors: Santos, Jorge André Costa dos
Advisor: Sousa, Jeanlex Soares de
Keywords: Modelo de Hertz;Nanoindentação;Teoria da deformação dos sólidos
Issue Date: 2010
Citation: SANTOS, J. A. C. Nanoindentação de materiais elásticos lineares com espessura finita. 2010. 74 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
Abstract in Brazilian Portuguese: As propriedades mecânicas de nano e micro sistemas têm motivado muitos estudos com o objetivo de entender como a interação mecânica afeta os materiais em pequenas dimensões. A nanoindentação foi desenvolvida no início dos anos 1970 e é amplamente usada para extrair propriedades mecânicas de materiais, como por exemplo, o módulo de Young. Tem-se observado que modelos matemáticos clássicos da mecânica do contato com base no contato Hertziano (derivado do contato elástico semi-infinito) não descrevem adequadamente os campos de tensão e deformação devido aos efeitos do substrato e tamanho do indentador. Esse trabalho tem por objetivo adaptar o modelo proposto por Hertz para simular o contato entre indentadores com uma superfície de espessura finita. O método de elementos finitos (MEF) foi utilizado para modelar as geometrias do contato esférico e cônico, permitindo a investigação da resposta mecânica desses contatos por simulações de indentação computacional. Os dados obitidos pelo MEF permitiram o ajuste do modelo de Hertz e fatores de correção foram incluidos para levar a informação da espessura da amostra e assim melhorar o entendimento do efeito do substrato em nanoindentações. Esses ajustes do modelo de Hertz em conjunto com os dados experimentais de microscopia de força atômica são importantes no estudo das propriedades mecânicas de materiais biológicos, pois fornece a possibilidade de obter dados quantitativo e qualitativos a respeito do comportamento elástico de sistemas em pequena escala.
Abstract: The mechanical properties of nano and micro systems motivated many studies aiming understanding of how materials are a ected by mechanical interactions in low dimensions. Nanoindentation was developed in the early 1970s and is widely use to extract material mechanical properties, e.g. Young's modulus. It has been observed that classical mathe- matical models of the mechanics of contact based on the Hertz contact solution (which is the derived for the semi-in nite elastic contact), doesn't adequately describe the indenta- tion stress eld due to the e ects of substrate and indenter tip size. The purpose of this work is the modi cation of the model proposed by Hertz to describe the contact between indenters with a surface of nite thickness. The nite element method (FEM) was used to model the spherical and conical geometries of the contact allowing investigation of the mechanical response of these contacts by computational simulations of indentation. By tting the data obtained by FEM for samples with di erent thickness, it was possible to ( i ) to understand the role of the substrate during nanoindentation of thin samples, and ( ii ) to determine the correction factor of the Hertz model to account for sample thickness. These modi cation can be used to analyze nanoindentation experiments performed with atomic force microscopy to study the mechanical properties of small-scale systems
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/7722
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