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

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

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

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

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

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

TRATAMENTO TÉRMICO 06 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

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

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

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

MODELO MATEMÁTICO (SAE 4140H) 10   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. (SAE 4140H) Fonte: Gráficos a partir das equações de Camarão et al.

MODELO MATEMÁTICO 11 Modelo testado com sucesso.   “Enganando” o software. Modelo testado com sucesso.

MODELO MATEMÁTICO 12 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

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

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

15 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.

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