Publicação
Hole expansion test: simulação numérica e previsão da deformada e início do mecanismo de falha em chapas metálicas de alta resistência
| Resumo: | Esta dissertação tem como principal objetivo a previsão da deformada e do início da falha de uma chapa metálica de alta resistência através da simulação numérica, pelo método dos elementos finitos, de um processo de conformação plástica. O caso de estudo e investigação considerado foi definido no âmbito da conferência NUMISHEET’2018, como Benchmark#01, o “Hole Expansion of a High Strength Steel Sheet”. Este caso de estudo tem por base o teste de expansão de um furo central num esboço circular de aço Dual-Phase, DP980, e do qual são divulgadas as especificações do processo e a caracterização mecânica do material. Este é, assim, o ponto de partida para o estudo numérico que se desenvolve. Inicia-se esta dissertação pelo estudo e apresentação dos fundamentos teóricos da modelação constitutiva dos materiais metálicos, nomeadamente: os diferentes critérios de cedência existentes (isotrópicos e anisotrópicos) e as leis de encruamento. De seguida, com o auxílio do software GiD 11.0.1 (pré-processador) desenvolveu-se os modelos 2D e 3D de elementos finitos do problema. Posteriormente, utilizou-se o software DD3IMP (solver) onde se editou os ficheiros de entrada, tais como a definição das condições fronteira e o contacto do esboço com as ferramentas, entre outros. E por fim, utilizou-se novamente o software GiD 11.0.1 como pós-processador. Tirando partido da axi-simetria do problema a simular, e procurando estudar a influência do tipo de elemento finito e do refinamento da malha, realizaram-se primeiro simulações 2D axissimétricas (computacionalmente mais eficientes e possibilitando maior detalhe dos campos de deformação) e isotrópicas. Com base nestas simulações foi possível obter a curva força-deslocamento do punção durante a fase de expansão do furo, a deformada da chapa e a variação da espessura. Estes resultados foram posteriormente comparados com os das simulações 3D, e depois estas alargadas ao estudo do caso anisotrópico. Quanto à anisotropia, foram comparados dois critérios de cedência anisotrópicos, Hill’48 e CB2001, e os resultados numéricos comparados com os experimentais; por fim, foram avaliados materiais virtuais com diferentes valores de a 0º, 45º e 90º com o objetivo de se perceber a relação entre a anisotropia do material e o início da falha no material. Em síntese, esta dissertação permitiu concluir que: i) sobre a isotropia, que os diferentes materiais isotrópicos têm um forte impacto nos resultados obtidos e, ii) sobre a anisotropia, que o critério de cedência CB2001 é o critério que melhor descreve o comportamento do material. |
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| Autores principais: | Andrade, Ana Sofia Ferreira de |
| Assunto: | Teste expansão do furo Dano Isotropia Anisotropia DP980 Hole expansion test Damage Isotropy Anisotropy |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Esta dissertação tem como principal objetivo a previsão da deformada e do início da falha de uma chapa metálica de alta resistência através da simulação numérica, pelo método dos elementos finitos, de um processo de conformação plástica. O caso de estudo e investigação considerado foi definido no âmbito da conferência NUMISHEET’2018, como Benchmark#01, o “Hole Expansion of a High Strength Steel Sheet”. Este caso de estudo tem por base o teste de expansão de um furo central num esboço circular de aço Dual-Phase, DP980, e do qual são divulgadas as especificações do processo e a caracterização mecânica do material. Este é, assim, o ponto de partida para o estudo numérico que se desenvolve. Inicia-se esta dissertação pelo estudo e apresentação dos fundamentos teóricos da modelação constitutiva dos materiais metálicos, nomeadamente: os diferentes critérios de cedência existentes (isotrópicos e anisotrópicos) e as leis de encruamento. De seguida, com o auxílio do software GiD 11.0.1 (pré-processador) desenvolveu-se os modelos 2D e 3D de elementos finitos do problema. Posteriormente, utilizou-se o software DD3IMP (solver) onde se editou os ficheiros de entrada, tais como a definição das condições fronteira e o contacto do esboço com as ferramentas, entre outros. E por fim, utilizou-se novamente o software GiD 11.0.1 como pós-processador. Tirando partido da axi-simetria do problema a simular, e procurando estudar a influência do tipo de elemento finito e do refinamento da malha, realizaram-se primeiro simulações 2D axissimétricas (computacionalmente mais eficientes e possibilitando maior detalhe dos campos de deformação) e isotrópicas. Com base nestas simulações foi possível obter a curva força-deslocamento do punção durante a fase de expansão do furo, a deformada da chapa e a variação da espessura. Estes resultados foram posteriormente comparados com os das simulações 3D, e depois estas alargadas ao estudo do caso anisotrópico. Quanto à anisotropia, foram comparados dois critérios de cedência anisotrópicos, Hill’48 e CB2001, e os resultados numéricos comparados com os experimentais; por fim, foram avaliados materiais virtuais com diferentes valores de a 0º, 45º e 90º com o objetivo de se perceber a relação entre a anisotropia do material e o início da falha no material. Em síntese, esta dissertação permitiu concluir que: i) sobre a isotropia, que os diferentes materiais isotrópicos têm um forte impacto nos resultados obtidos e, ii) sobre a anisotropia, que o critério de cedência CB2001 é o critério que melhor descreve o comportamento do material. |
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