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Valmir Fleischmann [email protected]

A INFLUÊNCIA DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO NA PERFORMANCE

ESTRUTURAL DE COMPONENTES FUNDIDOS OTIMIZADOS

Sumário

1. Introdução

2. Metodologia

3. Configuração da análise

• Modelo de estudo

• Material e propriedades

• Restrições e carregamentos

4. Resultados

• Análise estática

• Otimização topológica

• Análise de processo

• Otimização de forma

• Análise de fadiga

5. Discussões dos resultados

2II Seminário: A Otimização de Produtos Automotivos

1. Introdução


Tipos de otimização:

Topológica – redução de material com maximização da rigidez

Forma – minimizar o nível de tensão; maximizar a vida útil do componente

Bead – aumentar a rigidez de placas pela criação de geometrias corrugadas (beads)

Fluídos – otimizar a condição de escoamento; reduzir perda de carga

Images Courtesyof AUDI AG

Images Courtesy of Ford Werke AG

Topológica

Forma

Bead

Fluidos

1. Introdução


Após a otimização é necessário fazer a validação do produto segundo normas e procedimentos

Durante a validação o estudo de fadiga é de extrema importância para entender o comportamento de componentes submetidos a carregamentos cíclicos

Para a maior precisão do resultados de fadiga tem-se investigado a influência do processo de fabricação na entrada de dados da análise

Alguns dos processos que exercem influência:

Injeção de polímeros

Conformação mecânica (estampagem, forjamento)

Fundição

A otimização proporciona:

A redução dos custos do produto pela redução de material

O aumento da eficiência do sistema - componentes mais leves

A diminuição do nível de tensão (otimização de forma) - aumento da durabilidade

1. Introdução


Abaixo um exemplo da influência da consideração da deformação plástica residual do processo de estampagem no estudo de fadiga para determinar o número de ciclos de um componente

O objetivo do presente trabalho é mostrar a influência do processo de fundição na análise de fadiga de um componente automotivo otimizado

Sem considerar processo

Considerando processo

1. Introdução

2. Metodologia





4. Resultados








2. Metodologia

Pré-Processamento

Análise Estática

Otimização Topológica

Análise de Processo

Análise de Fadiga

Critérios de Fadiga Atendidos?

Design Final

Sim

Otimização de FormaNão

Otimização de forma integrada a análise de fadiga, com entrada de parâmetros de processo

II Seminário: A Otimização de Produtos Automotivos7

Parâmetros de processo (ruptura, elasticidade, etc)

Metodologia de trabalho

Modelo de Estudo

1. Introdução

2. Metodologia





4. Resultados








Modelo de estudo – steering knuckle

Componente da suspensão dianteira veicular

3. Configuração da Análise


Knuckle

Fonte: 3dcontentcentral.com

Material e propriedades


Propriedade Simbologia Valor Unidade

Módulo de Elasticidade E 170000 MPa

Coeficiente de Poisson 0.29 -

Massa Específica 7.1e-9 ton/mm3

Tensão de Escoamento 0280 MPa

Limite de Resistência t400 MPa

Limite de Fadiga St140 MPa

GGG 40 (ASTM 536-84)


Material e propriedades


Curva de fadiga (SN) do material GGG40

Limite de fadiga = 140 MPaa 1.800.000 ciclos

Software:


Restrições e carregamentos: análise estática

Análise com 3 carregamentos distintos: x, y e z

Consideração das amplitudes máximas das forças

Restrições iguais para os 3 casos


FX = 1500 N

FY = 1500 N

FZ = 12000 N

Restrição nos furos: dispx=0, dispy=0, dispz=0

Restrição no nó (ligação com braço de controle): dispx=0, dispy=0, dispz=0 rotx≠0, roty≠0, rotz≠0


Restrições e carregamentos: análise de fadiga

Amplitude variável, teste considerado em 1000 ciclos

Fatores de amplitude para as direções x, y e z

Carregamento multiaxial


Fonte: SAE Suspension (SolidWorks Simulation)

Entrada do sinal de força


Entrada das propriedades obtidas da simulação de processo na análise de fadiga

Limite de resistência

Tensão de escoamento

…



Valor da propriedade exportado para cada nó do modelo

Software:

1. Introdução

2. Metodologia





4. Resultados








Análise estática

Tensão máxima principal [MPa]


Software:

4. Resultados

FX = 1500 N

Singularidade na fixação

Análise estática



Software:

4. Resultados

FY = 1500 N

Análise estática



Software:

4. Resultados

FZ = 12000 N

Otimização topológica


Software:

4. Resultados

Redução de peso = 20 %

Otimização topológica


4. Resultados

GLv iew 3D Plugin

[topo.v tf]

Análise de processo

Limite de resistência [MPa]


Software:

4. Resultados

Análise de processo

Limite de escoamento [MPa]


Software:

4. Resultados

Otimização de forma


Software:

4. Resultados

Redução de tensão = 23%

Step 0 Step 5

Otimização de forma


4. Resultados

GLview 3D Plugin

[shape .vtf]


Software:

4. Resultados

Análise de fadiga

Plotagem de dano (dano > 1 -> fadiga)

Otimização topológica Otimização topológica + forma

0.461.59


4. Resultados

Análise de fadiga

Plotagem de dano (dano > 1 -> fadiga)

Software:

0.642.57


1. Introdução

2. Metodologia





4. Resultados








A massa do modelo otimizado foi de 4.69 kg. A redução em relação ao modelo original foi significativa: 20 %


5. Discussões dos Resultados

Redução = 20 %

Modelo Massa

Original 5.83 kg

Otimizado 4.69 kg

Pela análise de processo foi possível prever as variações dos limites de resistência mecânica no componente

Como a resistência mecânica varia para cada nó do modelo, as propriedades de fadiga também variam (limite de fadiga, inclinação da curva SN)



Valor da propriedade exportado para cada nó do modelo

Em relação à fadiga, o modelo da otimização topológica apresentou dano máximo igual a 2.57

Com a otimização de forma o valor caiu para 0.64, ficando menor que o limite igual a 1



0.642.57


Pelo gráfico é possível observar na região crítica do modelo a diferença obtida nos resultados quando se considera a entrada dos fatores de processo na análise de fadiga



Ponto do gráfico


Obrigado pela Atenção!

Design Original Design Otimizado

Perguntas?

Valmir Fleischmann

Tel: (11) 4229-1349

[email protected]

www.virtualcae.com.br


Link da apresentação:

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