VIII Encontro de Iniciação Científica

Apresentação em tema: "VIII Encontro de Iniciação Científica"— Transcrição da apresentação:

1 VIII Encontro de Iniciação Científica
Ensaio de Compressão do Anel: resultados experimentais e por método dos elementos finitos David E. K. Barrientos Amilton Sinatora Mario V. Leite Roberto. M. Souza VIII Encontro de Iniciação Científica Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 2007

2 Resumo da apresentação
Introdução Materiais e métodos Experimental Simulação Resultados e Discussões Conclusões

3 Introdução Bowden e Tabor (1950) abordam no livro “The Friction and Lubrication of Solids” a dependência do atrito e desgaste com os seguintes parâmetros : materiais envolvidos, topografia dos corpos e condições de trabalho. O ensaio de compressão do anel foi utilizado para estudar a influência dos parâmetros da topografia dos corpos e condições de trabalho no atrito e desgaste. Isso é introdução. Pode deixar a motivação, mas coloca ela inserida na introdução. Como subdivisões. Mas não está legal. Não fale em coeficiente de atrito, fale em atrito. Isso é um ponto importante, tem que falar do autor. Por exemplo: Bowden e Tabor (1950) abordam no livro “The Friction and Lubrication of Solids” a dependência do atrito e desgaste com parâmetros como os materiais envolvidos; a topografia dos corpos e as condições de trabalho.

4 Introdução Teste de compressão do anel:
Consiste na compressão, em uma prensa, de um corpo de prova que possui a forma de um anel. Esta compressão causa redução da altura do anel e variações no diâmetro interno e externo do mesmo. A mudança nas dimensões do anel é dependente do atrito na interface ferramenta/corpo de prova.

5 Introdução Teste do anel: Atrito igual a zero (figura b):
Diâmetro externo aumenta Diâmetro interno aumenta Atrito diferente de zero (figura c): Diâmetro interno diminui As figuras estão muito ruins, não dá pra ver as setas. Pega o metals 18, que está no armário aqui do LFS e scanea a figura que está lá. E dá uma lida no texto. (ASM HANDBOOK, 1992)

6 Introdução – Objetivos
Relatar as evidências obtidas experimentalmente com o ensaio de compressão do anel Com base nos resultados do ensaio experimental, desenvolver uma rotina para simulação computacional, pelo método dos elementos finitos, do ensaio de compressão do anel. Acho que não está bem assim no texto hein! Dá uma conferida.

7 Materiais e métodos – Experimental
Corpo de prova: Topografia aperiódica, Rq de 0,21 μm, limpeza com álcool em ultrassom seguida de secagem em ar seco. Dureza: 275 ± 1 HV10. Microestrutura: ferritico perlítica. Ferramenta: Topografia periódica, Rq de 2,47 μm, e espaçamento médio entre picos (RSm) de 489 μm. Dureza: 484 HV10 Microestrutura martensítica

8 Materiais e métodos – Experimental
Representação esquemática do tribossistema do ensaio Saída do forno: 1200°C Descida da ferramenta: 14s Início do forjamento: 20s N° de ensaios: 4 Prensa: 60 t Ferramentas: Microestrutura martensítica Dureza:484HV10 Anel: Microestrutura ferritico-perlítica Dureza: 275 HV10

9 Materiais e métodos – Simulação
Software: comercial MSC Superform Elementos finitos: Discretização da entidade em interesse para calcular, durante um processo, os parâmetros desejados. Malha: 10100 elementos, hexaedro irregular análises com menos elementos mostraram resultados pouco confiáveis devido a distorções da malha análises com mais elementos resultaram em custo elevado de computação

10 Materiais e métodos – Simulação
Malha de elementos finitos utilizada:

11 Materiais e métodos – Simulação
Anel: ABNT 1045 Ferramentas: corpos rígidos Dimensões, parâmetros de tempo e velocidade: mesmos do ensaio Coeficientes de transferência de calor: Modificados e determinados de acordo com o teste experimental (redução de 1200 para 900 °C).

12 Materiais e métodos – Simulação
Deformação: até a altura do anel atingir 7,5 mm (conforme dados experimentais) Condições topográficas: Anel e ferramentas iguais e idealmente lisas. Realizadas simulações com diferentes coeficientes de atrito (0,2, 0,4 e 0,6).

13 Resultados e Discussões Experimental
Dimensões médias dos anéis: Diâmetro externo: 33,3 mm (variação máxima: 0,7 %) Diâmetro interno: 12,5 mm Altura: 7,6 mm (variação máxima: 1 %)

14 Resultados e Discussões Experimental
Male e DePierre: realizaram o ensaio e geraram curvas de calibração para determinar o atrito na interface ferramenta-anel. Segundo este método, para o ensaio, o atrito na interface ferramenta-anel é maior que 1. Colocar legenda na figura Curvas de calibração teórica, (Male, 1970)

15 Resultados e Discussões Experimental
Portanto: o procedimento de Male e DePierre não é adequado às condições do ensaio realizado. Outras justificativas para esta evidência: Presença de uma camada de óxidos na interface ferramenta-anel Transformação martensítica durante a conformação a quente

16 Resultados e Discussões Simulações
As dimensões do diâmetro externo e interno da simulação se aproximam do experimental conforme o coeficiente de atrito aumenta Abrir o gráfico.

17 Resultados e Discussões Simulações
Simulação: Diferença entre áreas aparentes de contato: a maior área foi a do topo do anel (resultado oposto ao experimento) Surpreendente: mesmo coeficiente de atrito para ambas as superfícies. Esta análise não foi encontrada na literatura. Experimento:

18 Resultados e Discussões Simulações
A temperatura no topo do anel (820 ºC) é próxima à temperatura na base (819 ºC). a) b) Mapa de temperatura (ºC) na superfície do topo (a) e na superfície da base (b) do anel.

19 Resultados e Discussões Simulações
Analisa-se apenas o efeito da temperatura. Pois não há possibilidade na simulação de formação de óxidos Não foi possível fazer uma relação das informações de temperatura com as deformações do anel Pois não se têm informações sobre propriedades do material em altas temperaturas.

20 Conclusões A literatura não especifica características a iniciais do anel ou da ferramenta nem estabelece procedimentos de condicionamento. tribossistema anel-ferramenta indeterminando sugestões sobre as melhores condições para se realizar o ensaio de anel Diferença das áreas aparentes de contato do anel com a ferramenta: área maior na base onde a espessura da camada de óxido é maior e mais compacta.

21 Conclusões Curvas de calibração de Male e DePierre (1970): não foi possível identificar o coeficiente de atrito na interface A transformação martensítica produz variações dimensionais que podem afetar os resultados de determinação do coeficiente de atrito.

22 Conclusões Simulação: valores de deformação do anel mais próximos do experimental para o maior coeficiente de atrito (0,6). Dimensões da superfície superior e inferior são diferentes no ensaio e na simulação O atrito na interface é o mesmo e não há diferença significativa entre as temperaturas da simulação nas superfícies de contato do anel

23 Conclusões Não pôde ser explicada a inversão em relação ao tamanho das áreas aparentes de contato do topo e base. É preciso um maior entendimento das respostas do aplicativo quanto às propriedades mecânicas em elevadas temperaturas.

24 Ensaio de Compressão do Anel: resultados experimentais e por método dos elementos finitos
Obrigado Dúvidas? David E. K. Barrientos

25 Presença de uma camada de óxidos na interface ferramenta-anel
Aspecto da superfície superior e inferior do anel após ensaios Superfície superior (aumento de 1 vez) Superfície inferior (aumento de 1 vez) perde a camada durante o ensaio. espessa camada de óxidos.

26 Presença de uma camada de óxidos na interface ferramenta-anel
Os diâmetros internos e externos na base e no topo do anel são diferentes Na base, a área aparente de contato é maior do que no topo

27 Presença de uma camada de óxidos na interface ferramenta-anel
Esta diferença pode ser causada por: presença de óxidos com diferentes espessuras diferentes temperaturas entre interface do anel com a ferramenta superior e a interface do anel com a ferramenta inferior

28 Transformação martensítica durante a conformação a quente
Evidências: Elevação da dureza: 275 ± 1 HV10 antes do ensaio para 611 ± 5 HV10 depois do ensaio. Observação das micrografias do anel (sessão transversal) : Antes do ensaio Após o ensaio