modelagem matemática de laminação a frio de alumínio efeito do coeficiente de atrito sobre os...
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Modelagem Matemática de Laminação Modelagem Matemática de Laminação a frio de alumínio a frio de alumínio
Efeito do coeficiente de atrito sobre Efeito do coeficiente de atrito sobre os Estados de Tensõesos Estados de Tensões
Aluno I.C.: Fabio Augusto Fabozzi – [email protected]. Dr. Roberto Martins de Souza – [email protected]. Dr. Amilton Sinatora – [email protected]
Laboratório de Fenômenos de Superfície - LFS Departamento de Engenharia Mecânica
Escola PolitécnicaUniversidade de São Paulo
IntroduçãoIntrodução Laminação
IntroduçãoIntrodução Falhas em Cilindros
1. Diferente para LTF e LTQ;2. Diferente para Cilindros de Trabalho e Encosto;3. Falhas de especificação, fabricação ou operação4. Alguns mecanismos:
Abrasão; Indentação; Oxidação; Adesão; Fadigas mecânica ou térmica; Combinação dos acima citados.
IntroduçãoIntrodução Coeficiente de Atrito na Laminação
1. Mordida2. Linha neutra (arco de contato)3. Não uniforme4. Deformação superficial (prop. Chapa)5. Desgaste do cilindro6. Tipo e intensidade de lubrificação, superfície, temperatura,
quantidade e tipos de óxidos
IntroduçãoIntrodução Elementos Finitos
1. Dimensionamento de máquinas;2. Otimização de equipamentos;3. Controle de variáveis de projeto;4. Melhorias na qualidade do produto;5. Ambiente on-line com modificações rápidas e eficientes.
ObjetivoObjetivo
Este trabalho visa contribuir para o entendimento do desgaste em cilindros de laminação e para a variação das características finais de chapas laminadas, estudando as modificações nos estados de tensões nestes componentes em função do coeficiente de atrito durante laminação a frio.
Materiais e MétodosMateriais e Métodos Software Abaqus – Método Dinâmico Explícito;
Utilizou-se elementos explícitos do tipo CPE4R;
Validação do modelo 2D de acordo com 2 artigos:1. MALINOWSKI, Z.; LENARD, J. G.; "A Study of the state
of stress during cold strip-rolling" – 19922. CHEONG, C. F. et. Al.”Simulação Numérica da
laminação a frio de tiras de alumínio” - 2004 Modelos 2D de laminação a frio de alumínio; cilindro rígido; 21,77% de redução; fator de atrito 0,35 (μ=0,2021).
Materiais e MétodosMateriais e Métodos
As simulações foram realizadas em três baterias:
•Bateria 1 – Três simulações: Três coeficientes de atrito diferentes como única alteração no modelo dos artigos;
•Bateria 2 – Três simulações: Propriedades elásticas–plásticas de um aço no cilindro, com os mesmos coeficiente de atrito da Bateria 1;
•Bateria 3 – Duas simulações: Modelo em 3D da Bateria 1, com 2 coeficientes de atrito.
Materiais e MétodosMateriais e Métodos
Na tabela abaixo constam as propriedades utilizadas para o alumínio laminado e para o aço utilizado no cilindro.
Propriedades Alumínio AçoPoisson 0,33 0,33Módulo de Elasticidade (GPa) 68,2 215
Limite de Escoamento (MPa) 36,75(1+726,7ε)0,2099 1200
Materiais e MétodosMateriais e Métodos
Na tabela abaixo constam as dimensões utilizadas nos modelos.
Modelo 2D 3DRaio do Cilindro 0,12709 m 0,12709 m
Espessura inicial da chapa 0,00317 m 0,00317 mEspessura final da chapa 0,00248m 0,00248 m
Largura do cilindro X 0,3 mLargura da chapa X 0,1 m
Materiais e Mátodos Desconsiderações do Modelo
1. Temperatura2. Geração de Calor3. Não uniformidade do atrito na interface4. Quantidade e tipos de óxido
Materiais e MétodosMateriais e Métodos
Simulação de metade das dimensões dada a simetria, assim como nos dois artigos.
Nos casos 2D, impôs-se Estado Plano de Deformações;
Nos casos 3D, utilizou-se 3D Stress.
Resultados
Resultados Tensões máximas no arco de contato
S11 – Tensões cisalhantes na direção de laminação
S22 – Tensões normais à superfície da chapa
ResultadosResultados Bateria 1 (2D – Cilindro Rígido)Análise das tensões máximas na superfície da chapa sob o arco de
contato.
0
50
100
150
200
250
300
0.2 0.5 1
Coeficiente de atrito
Tens
ões
(MPa
) Von Mises
S11
S22
ResultadosResultados Bateria 2 (2D – Cilindro de Aço) Análise das tensões máximas na superfície do cilindro no arco de
contato.
0
50
100
150
200
250
300
0.2 0.5 1
Coeficiente de atrito
Ten
sões
(M
Pa)
Von Mises
S11
S22
ResultadosResultados Bateria 3 (3D – Cilindro Rígido)Análise das tensões máximas na superfície da chapa sob o arco de
contato.
0
50
100
150
200
250
0.2 1
Coeficiente de Atrito
Ten
sões
(M
Pa)
Von Mises
S11
S22
ResultadosResultados Bateria 1 X Bateria 3µ=0,2021
0
50
100
150
200
3D 2D
Dimensão
Ten
sões
(M
Pa) Von Mises
S11
S22
ResultadosResultados Bateria 1 X Bateria 3µ=1,0
0
50
100
150
200
250
300
3D 2D
Dimensão
Ten
sões
(M
Pa) Von Mises
S11
S22
ConclusõesConclusões
As tensões na chapa dadas pelo critério de Von Mises permanecem iguais com a variação do coeficiente de atrito.
As tensões no cilindro dadas pelo critério de Von Mises aumentam com o aumento do coeficiente de atrito.
O coeficiente de atrito age de modo a aumentar as tensões normais e de cisalhamento, tanto na chapa quanto no cilindro.
O aumento das tensões normais e de cisalhamento em função do aumento do coeficiente de atrito mostrou-se não linear.
O uso de coeficientes de atrito próximos de 1 podem provocar discrepâncias nos resultados dados pelas simulações 2D e 3D.
TendênciasTendências
AgradecimentosAgradecimentos