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

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

Laminação Processo de conformação mecânica Alta produtividade 3 Laminação Processo de conformação mecânica Alta produtividade Precisão no controle dimensional

Laminação Tipos (quanto à temperatura da chapa): 4 Laminação Tipos (quanto à temperatura da chapa): A quente A frio Por que laminar a quente?

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

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

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

Filme de Óxido Formação Propriedades 8 Filme de Óxido Formação Propriedades FeO (wustita) Fe3O4 (magnetita) Fe2O3 (hematita) Conseqüência: Diminuição da temperatura final do cilindro

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)

Propriedades dos Materiais 10 Propriedades dos Materiais

Simulação – Hipóteses Adotadas 11 Simulação – Hipóteses Adotadas Modelo bidimensional (trocas de calor na direção axial do cilindro desprezíveis) Temperaturas iniciais uniformes nas peças

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)

13 Resultados Termopar 2,8 mm Termopar 1,8 mm

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

15 Resultados Exemplo de possível contradição entre experimento e programa: Adaptado de Valyi (2005)

Dúvidas, Comentários, Sugestões 16 Dúvidas, Comentários, Sugestões