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CONSTRUÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA SIMULAÇÃO E ANÁLISE DE TENSÕES RESIDUAIS
EM CILINDROS
CONSTRUÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA SIMULAÇÃO E ANÁLISE DE TENSÕES RESIDUAIS
EM CILINDROS
Cristiano Fernandes LagattaEleir Mundim BortoletoMarco Aurélio R. S. MendesRoberto Martins de Souza
SUMÁRIOSUMÁRIO-Geração de tensões residuais
-Objetivos do projeto
-Tratamento térmico
-Modelo matemático
-Resultados
-Conclusões
-Próximos passos
01
GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAISGERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS1. Gradiente de temperatura:
Casca e núcleo se expandem em momentos diferentes, devido ao gradiente térmico
02
GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAISGERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS
2. Mudança de Fase:
Mudança das propriedades.
Austenita para Martensita.
Não ocorre em todo o cilindro.
AustenitaMartensita
03
GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAISGERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS
Estruturas cristalinas
Diferentes tamanhos e propriedades
Estrutura CCC
Estrutura CFC (Austenita)
(Martensita é TCC)
04
OBJETIVOS DO PROJETOOBJETIVOS DO PROJETO
Construir modelo computacional
Elementos finitos
Transformação de fase
Tensões residuais
05
TRATAMENTO TÉRMICOTRATAMENTO TÉRMICO
TH: “Through Hardening”
O cilindro, a uma temperatura homogênea de 850ºC (1120K), é resfriado em líquido a 20ºC (293K) por 150 segundos.
Temperatura na superfície em função do tempo
06
MODELAGEMMODELAGEM
• Método de Elementos Finitos
• Software ABAQUS
• Malha radial
• Propriedades do aço SAE 4140H
07
MODELO MATEMÁTICOMODELO MATEMÁTICOMalha:
1280 elementos Elementos isoparamétricos
Diâmetro: 45mm Estado Plano de deformações
08
MODELO MATEMÁTICO MODELO MATEMÁTICO
(SAE 4140H)(SAE 4140H)
Equações das propriedades do Aço SAE 4140H em função da temperatura
1797.210208.910097.310145.2
059.210909.910462.410985.11
:
324711
324711
TTxTxxE
TTxTxxEEEE
YoungdeMódulooudeElasticidadeMódulo
M
AM
610318.1223.5
:
5548.010159.2
:
4748,10230.2
748,10043.210798.810918.110115.1
:exp
3
748,10094.110595.1
748,10126.210598.1
723,10995.510370.210520.7
:
2
748,10492.310064.5
748,10988.210259.2
723,10459.310833.310092.2
:
2
2
5
31321185
58
710
2258
47
69
2256
TxK
térmicaadecondutivid
Txc
específicocalor
KTsex
KTseTxTxTxx
térmicaansãodeecoeficient
TseTxx
KTseTxx
KTseTxTxx
escoamentodeTensão
KTseTxx
KTseTxx
KTseTxTxx
H
cinemáticontoendurecimeaoassociadoParâmetro
T
Y
09
MODELO MATEMÁTICO MODELO MATEMÁTICO
(SAE 4140H)(SAE 4140H)
Fonte: Gráficos a partir das equações de Camarão et al.
Propriedades variam com a temperatura.
Descontinuidades ocorrem devido à transformação de fase.
Módulo de elasticidade leva em conta a fração de cada fase.
Para o núcleo, a curva de tensão de escoamento foi extrapolada.
As propriedades térmicas não variam com a mudança de fase.
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MODELO MATEMÁTICO MODELO MATEMÁTICO
COEFICIENTE DE EXPANSAO TERMICA vs TEMPERATURA
-0.00005
-0.00004
-0.00003
-0.00002
-0.00001
0
0.00001
0.00002
0.00003
0.00004
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
TEMPERATURA
CO
EF
ICIE
NT
E D
E E
XP
AN
SA
O T
ER
MIC
A
“Enganando” o software.
Modelo testado com sucesso.
11
TV
V
0 3
MODELO MATEMÁTICOMODELO MATEMÁTICO
Condições de contorno:
Foi imposta como condição de contorno, a curva de
resfriamento do processo TH nos nós da superfície.
Temperatura na superfície em função do tempo
12
RESULTADOSRESULTADOSDistribuição da temperatura em função do tempo
A – Simulação B - Artigo
13
RESULTADOSRESULTADOSDistribuição das tensões em função do raio no
instante final do processo.
A – Simulação B - Artigo
14
CONCLUSÕESCONCLUSÕES
Tanto os cálculos da distribuição térmica quanto das tensões residuais pelo método dos elementos finitos mostrou resultados muito próximos aos apresentados pelo artigo.
O modelo pode ser considerado válido.
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PRÓXIMOS PASSOSPRÓXIMOS PASSOS
Aplicar o modelo desenvolvido para analisar influência da geometria dos
cilindros no aparecimento de tensões ao final do tratamento térmico.
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