Nanoindentação de materiais elásticos lineares com espessura finita

• Main Author: Santos, Jorge André Costa dos
• Other Authors: Sousa, Jeanlex Soares de
• Language: Portuguese
• Published: 2014
• Subjects: Modelo de Hertz; Nanoindentação; Teoria da deformação dos sólidos
• Online Access: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/7722

SANTOS, Jorge André Costa dos. Nanoindentação de materiais elásticos lineares com espessura finita. 2010. 74 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. === Submitted by francisco lima ([e-mail]) on 2014-03-18T12:38:17Z No. of bitstreams: 1 2010_dis_jacdsantos.pdf: 9625298 bytes, checksum: aac13b909113187986d80a4988083a10 (MD5) === Approved for entry into archive by Edvander Pires([e-mail]) on 2014-03-18T21:59:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_dis_jacdsantos.pdf: 9625298 bytes, checksum: aac13b909113187986d80a4988083a10 (MD5) === Made available in DSpace on 2014-03-18T21:59:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_dis_jacdsantos.pdf: 9625298 bytes, checksum: aac13b909113187986d80a4988083a10 (MD5) Previous issue date: 2010 === 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 === 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.