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Modelagem por elementos finitos da evolução
1 Modelagem por elementos finitos da evolução da temperatura num cilindro de laminação instrumentado Luiz Gustavo Lima Ediguer Enrique Franco Prof. Dr. Amílton Sinátora Prof. Dr. Roberto Martins de Souza
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Sumário Descrição do processo de parada de chapa
2 Sumário Descrição do processo de parada de chapa Modelagem computacional do processo (Método dos Elementos Finitos) Validação do modelo contra dados experimentais
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Laminação Processo de conformação mecânica Alta produtividade
3 Laminação Processo de conformação mecânica Alta produtividade Precisão no controle dimensional
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Laminação Tipos (quanto à temperatura da chapa):
4 Laminação Tipos (quanto à temperatura da chapa): A quente A frio Por que laminar a quente?
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Laminação a quente Problema: geração de tensões térmicas no cilindro
5 Laminação a quente Problema: geração de tensões térmicas no cilindro faz-se necessário compreender as trocas de calor do processo Parada de chapa: modelo de troca de calor no processo sem necessidade de se executar uma laminação real
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6 Objetivos Obter um modelo eficiente na descrição das trocas de calor envolvidas no processo de laminação Entender a forma como o programa utilizado (ABAQUS) processa as trocas de calor
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Parâmetros experimentais
7 Parâmetros experimentais Temperaturas iniciais: Cilindro (AISI H13): 60°C Chapa (ASTM 1020): 980°C Duração do processo: 134,5 s Temperatura monitorada por dois termopares situados a 2,8 mm e 1,8 mm da superfície da chapa
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Filme de Óxido Formação Propriedades
8 Filme de Óxido Formação Propriedades FeO (wustita) Fe3O4 (magnetita) Fe2O3 (hematita) Conseqüência: Diminuição da temperatura final do cilindro
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9 Convecção e Radiação Durante a laminação: formas secundárias de troca de calor Após a laminação: únicas formas de troca de calor Convecção na chapa desprezível (perdas de calor muito maiores por radiação)
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Propriedades dos Materiais
10 Propriedades dos Materiais
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Simulação – Hipóteses Adotadas
11 Simulação – Hipóteses Adotadas Modelo bidimensional (trocas de calor na direção axial do cilindro desprezíveis) Temperaturas iniciais uniformes nas peças
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Malha mais refinada na região de contato
12 Malha utilizada na simulação Malha mais refinada na região de contato Elementos de aproximadamente 0,2 mm x 0,2 mm na chapa e de 0,2 mm x 0,3mm no cilindro (na região de contato)
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13 Resultados Termopar 2,8 mm Termopar 1,8 mm
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Resultados Possíveis causas das discrepâncias:
14 Resultados Possíveis causas das discrepâncias: Presença de um gradiente de temperaturas inicial no cilindro Condições de resfriamento desconhecidas Possíveis contradições entre os “defaults” do programa e as condições experimentais
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15 Resultados Exemplo de possível contradição entre experimento e programa: Adaptado de Valyi (2005)
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Dúvidas, Comentários, Sugestões
16 Dúvidas, Comentários, Sugestões
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