Author(s): Silva, Sérgio Marques da
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7372
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia mecânica; Chapas metálicas - Conformação; Aço - Deformação plástica; Simulação numérica; Método dos elementos finitos
O interesse industrial em componentes de baixo peso tem contribu´ıdo nos ´ultimos anos para um significativo esfor¸co de pesquisa em novos materiais capazes de garantir altas propriedades mecˆanicas, boa formabilidade e custos razo´aveis quando comparados aos a¸cos macios tradicionais. Os a¸cos de duas fases (dual-phase) tˆem-se mostrado como materiais de alta resistˆencia e formabilidade aceit´avel. Estes a¸cos vˆem sendo desenvolvidos a fim de suprir a necessidade da ind´ustria por materiais mais resistentes e que possibilitem a redu¸c˜ao de peso. Por outro lado, a simula¸c˜ao num´erica contribui e promove a r´apida introdu¸c˜ao deste novos materiais e a optimiza¸c˜ao aplicada ao projecto reduz o tempo e custo de produ¸c˜ao do produto. Actualmente, existem diversos problemas de engenharia cujas propriedades podem ser expressas atrav´es de uma fun¸c˜ao, denominada fun¸c˜ao objectivo. Existem diversos m´etodos que possuem como principal objectivo minimizar a referida fun¸c˜ao. A presente Disserta¸c˜ao tem como principal objectivo a simula¸c˜ao num´erica e optimiza¸c˜ao em conforma¸c˜ao pl´astica de chapas met´alicas. Numa primeira fase, estudam-se numericamente metodologias de previs˜ao de defeitos em componentes met´alicos obtidos por conforma¸c˜ao pl´astica, nomeadamente, fen´omenos de retorno el´astico (springback), instabilidade `a compress˜ao ou rugas (wrinkling ) e “orelhas” de embutidura (earing ). Analisa-se, recorrendo a “benchmarks” dispon´ıveis na literatura, a influˆencia de alguns parˆametros sobre os resultados num´ericos, entre os quais o refinamento de malha de elementos finitos e a formula¸c˜ao de elementos finitos utilizada. Numa segunda fase, ´e formulado um problema de engenharia inversa, com o objectivo principal de determinar a forma ideal do esbo¸co inicial (antes da conforma¸c˜ao), a fim de que a caixa quadrada conformada apresente um perfil regular, sem o aparecimento de orelhas (earing ).
The industrial interest in low weight components in recent years has contributed in a significant research effort on new materials that can achieve high mechanical properties, good formability and reasonable costs when compared to traditional mild steels. The dual-phase steels have been shown as materials of high strength and acceptable formability. These steels have been developed to match the industry need of high resistance materials that lead to weight reduction. Moreover, the numerical simulation contributes and promotes the rapid introduction of these new materials and optimization applied to the project reduces the time and cost of product manufacturing. Currently, there are several engineering problems whose properties can be expressed through a function, called objective function. There are several methods that have as main objective to minimize that function. The main objective of the present Thesis is the numerical simulation and optimization, by the Finite Element Method, of sheet metal forming processes. In a first stage, this numerical method can be used for the prediction of defects in metal components obtained in plastic forming, namely springback, compression instability or wrinkling and earing. The influence of several input parameters in the simulation, which can affect the numerical results, such as the finite element mesh refinement and formulations, for the material characterization are analyzed, using benchmarks available in the literature. In a second phase, a reverse engineering problem is formulated, as a main goal of this problem to determine the optimum shape of the initial blank (before forming) in order that the formed square cup would show a regular profile, without the onset of earing effects.
