C ORRELAÇÃO DO MODELAMENTO NUMÉRICO COM IMAGEM DIGITAL NA MEDIÇÃO DAS DEFORMAÇÕES EM CHAPAS METÁLICAS REVESTIDAS E SUBMETIDAS À GRANDES DEFORMAÇÕES POR DOBRAMENTO

Resumo Modelamento de um processo de dobramento de chapa com grandes deformações envolvidas em uma faixa estreita; Comparação entre os resultados do experimento prático e simulação numérica do processo Dobra-T; Teste para o recente desenvolvimento do elemento SSH3D (Solid shell 3D); Enhanced Assumed Strain (EAS) - Deformação virtualmente melhorada; Assumed Natural Strain (ANS) – Deformação virtualmente natural; Para melhorar a habilidade do elemento em capturar as deformações na direção da espessura, um esquema específico de integração foi utilizado; Utilizado critério de dano para contato.

Introdução Chapas pré-pintadas tem sido cada vez mais utilizados nas indústrias atualmente; Proteção contra corrosão, estética e melhoria de produtividade para peças acabadas são algumas das vantagens na utilização de chapas pré-pintadas; O problema é que as camadas de pintura são submetidas as mesmas solicitações e deformações da chapa metálica, o que pode ocasionar deplacagem e trincas no revestimento; Portanto, a deformação admissível pelo revestimento precisa ser estudada para que estes materiais sejam melhor aproveitados;

Introdução A simulação numérica tem um papel fundamental nesse estudo, gerando dados sobre a habilidade do revestimento em manter propriedades aceitáveis quando deformado ; Pode-se obter, por exemplo, os campos de tensões e deformações ; ou ainda, os gradientes destes ao longo da espessura do substrato mais revestimento; ou as tensões na interface entre substrato e revestimento, diretamente relacionadas com o fenômeno da deplacagem ;

Chapa pré-pintada ou pré-revestida

Introdução Elemento SSH3D: – 8 nós; – 1 ponto de integração no plano; – Habilidade de acomodar vários pontos de integração ao longo da espessura

Introdução Utilizado o código de elementos finitos LAGAMINE, desenvolvido para modelamento numérico de grandes deformações e problemas de contato ; Técnicas de Enhanced Assumed Strain ( EAS ) e Assumed Natural Strain ( ANS ) foram utilizadas afim de se evitar problemas de travamentos, comums em condições desfavoráveis como (materiais quase incompressíveis, elementos muito finos, geometria elemento distorcido,...);

Introdução Neste trabalho, a qualidade dos resultados deste elemento e técnicas, foram avaliados pela simulação da dobra-T, onde o substrato e seus revestimentos são dobrados 180  ; A chapa metálica e o revestimento foram modelados separadamente ; Elementos de contato permitiram modelar a interação do material com as ferramentas ; Os resultados da simulação numérica foram também confrontados com os resultados do experimento prático.

Simulação Numérica – Técnica EAS Evita vários tipos de travamento, especialmente, problemas volumétricos e cisalhamento transversal ; A formulação de um elemento usando a técnica EAS vem do Princípio Variacional da Elastoestática de Veubeke-Hu-Washizu, usado para o desenvolvimento de um elemento especial de viga ; Permite simultaneamente deslocamentos, tensões e deformações ; Artificialmente são introduzidos novos graus de liberdade, os quais não estão ligados aos elementos adjacentes ; Isso possibilita um aumento de flexibilidade do elemento.

Simulação Numérica – Técnica ANS Modifica a interpolação para componentes de deformação específicos ; Aplicado em casos onde travamentos por curvatura e cisalhamento são encontrados; Trabalhos anteriores já comprovaram a eficiência da ANS em eliminar o travamento por cisalhamento transversal em situações de dobramento ; Obtém-se por interpolação os componentes de deformação em duas etapas: – Interpolação clássica ; – Interpolação linear dos componentes de deformação a partir dos pontos de amostragem até os pontos de integração ;

Simulação Numérica – Integração A quantidade e localização dos pontos de Gauss dentro do elemento tem influência significativa no comportamento mecânico deste elementos; Integração reduzida ou seletiva, são usadas para evitar travamentos volumétricos ; No desenvolvimento do elemento SS para paredes finas foi considerado um sistema de integração com um grande número de pontos de integração através da espessura ; É esperado um elevado gradiente de tensões e deformações através da espessura na deformação de materiais de pouca espessura; Capturar tais gradientes não é possível com a integração clássica total.

Experimento Prático – Dobra-T Processo de dobramento com grandes deformações em uma estreita porção de material; Caracteriza a capacidade do revestimento de resistir as deformações impostas à chapa metálica sem comprometer as propriedades do revestimento; Chapa é dobrada 180  em dois estágios, sendo o primeiro, uma dobra intermediária de 135  no ferramental abaixo;

Experimento Prático – Dobra-T Segundo estágio a dobra é completada, prensando a porção dobrada sobre a própria chapa (Dobra 0T); Repetindo-se esse processo obtém-se as dobras 1T, 2T, 3T...

Experimento Prático – Dobra-T As deformações geradas no revestimento são o parâmetro chave deste estudo; A técnica de correlação de imagem digital foi utilizada para medir as deformações geradas no ensaio de dobra-T, ao final de cada estágio (135  e 180  ); Foi impressa por jato de tinta uma malha preta e branca sobre a face pintada; Tamanho dos pontos e sua forma foram otimizados.

Modelamento FEM – Dobra T Elementos SSH3D; EAS e ANS; NIP = 4 (através da espessura) Malha: – 4 níveis para substrato (Figura abaixo) – e 2 para revestimento (Não visível devido a pequena espessura); – Refinamento na região de dobra.

Resultados FEM

Resultados – Dobra 0T – FEM x Prático Plotado máxima deformação principal; Pela análise qualitativa, os resultados convergem, pois máxima deformação se apresentou na mesma região; Quantitativamente, há uma discrepância nos resultados, sendo que a simulação subestimou as deformações em relação à prática (0,37 vs 0,628).

Resultados – Dobra 1T – FEM x Prático Valores absolutos das deformações foram menores que para 0T; Quantitativamente, há a mesma discrepância nos resultados, sendo que a simulação novamente subestimou as deformações em relação à prática.

Resultados – Influência do coeficiente de dano no modelamento do contato A medida que o coeficiente de dano cresce, a condição de dobramento é forçada de forma mais pronunciada, especialmente na porção curva da dobra;

Conclusão Algumas melhorias nos resultados numéricos precisam ser realizadas, especialmente na determinação da deformação por estiramento durante o dobramento; Parâmetros como coeficiente de dano, plasticidade e coeficiente de atrito podem ser avaliados;