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CONSTRUÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA SIMULAÇÃO E ANÁLISE DE TENSÕES RESIDUAIS EM CILINDROS Cristiano Fernandes Lagatta Eleir Mundim Bortoleto Marco.

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1 CONSTRUÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA SIMULAÇÃO E ANÁLISE DE TENSÕES RESIDUAIS EM CILINDROS Cristiano Fernandes Lagatta Eleir Mundim Bortoleto Marco Aurélio R. S. Mendes Roberto Martins de Souza

2 SUMÁRIO -Geração de tensões residuais -Objetivos do projeto -Tratamento térmico -Modelo matemático -Resultados -Conclusões -Próximos passos 01

3 GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS 1. Gradiente de temperatura: Casca e núcleo se expandem em momentos diferentes, devido ao gradiente térmico 02

4 GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS 2. Mudança de Fase: Mudança das propriedades. Austenita para Martensita. Não ocorre em todo o cilindro. Austenita Martensita 03

5 GERAÇÃO DE TENSÕES RESIDUAIS Estruturas cristalinas Diferentes tamanhos e propriedades Estrutura CCC Estrutura CFC (Austenita) (Martensita é TCC) 04

6 OBJETIVOS DO PROJETO Construir modelo computacional Elementos finitos Transformação de fase Tensões residuais 05

7 TRATAMENTO TÉRMICO TH: Through Hardening O cilindro, a uma temperatura homogênea de 850ºC (1120K), é resfriado em líquido a 20ºC (293K) por 150 segundos. Temperatura na superfície em função do tempo 06

8 MODELAGEM Método de Elementos Finitos Software ABAQUS Malha radial Propriedades do aço SAE 4140H 07

9 MODELO MATEMÁTICO Malha: 1280 elementos Elementos isoparamétricos Diâmetro: 45mm Estado Plano de deformações 08

10 MODELO MATEMÁTICO (SAE 4140H) Equações das propriedades do Aço SAE 4140H em função da temperatura 09

11 MODELO MATEMÁTICO (SAE 4140H) Fonte: Gráficos a partir das equações de Camarão et al. Propriedades variam com a temperatura. Descontinuidades ocorrem devido à transformação de fase. Módulo de elasticidade leva em conta a fração de cada fase. Para o núcleo, a curva de tensão de escoamento foi extrapolada. As propriedades térmicas não variam com a mudança de fase. 10

12 MODELO MATEMÁTICO Enganando o software. Modelo testado com sucesso. 11

13 MODELO MATEMÁTICO Condições de contorno: Foi imposta como condição de contorno, a curva de resfriamento do processo TH nos nós da superfície. Temperatura na superfície em função do tempo 12

14 RESULTADOS Distribuição da temperatura em função do tempo A – Simulação B - Artigo 13

15 RESULTADOS Distribuição das tensões em função do raio no instante final do processo. A – Simulação B - Artigo 14

16 CONCLUSÕES Tanto os cálculos da distribuição térmica quanto das tensões residuais pelo método dos elementos finitos mostrou resultados muito próximos aos apresentados pelo artigo. O modelo pode ser considerado válido. 15

17 PRÓXIMOS PASSOS Aplicar o modelo desenvolvido para analisar influência da geometria dos cilindros no aparecimento de tensões ao final do tratamento térmico. 16


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