Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/69780
Type: Dissertação
Title: Análise por elementos finitos do comportamento de Tailor Welded Blanks (TWB) submetidos ao ensaio de tração uniaxial
Authors: Guilherme Souza Assunção
First Advisor: Alexandre Queiroz Bracarense
First Referee: Ariel Rodríguez Arias
Second Referee: Ivanilza Felizardo
Third Referee: Bruno Silva Cota
Abstract: O processo de fabricação por Tailor Welded Blank (TWB) consiste na união de duas ou mais chapas com especificações distintas (materiais, espessuras, revestimento e outras propriedades física e/ou químicas), submetidas à conformação, resultando em otimização da massa e da resistência mecânica, obtendo o "material certo no lugar certo". A simulação numérica pelo método dos elementos finitos é empregada para prever o comportamento da carroceria e apresenta um desafio adicional ao lidar com TWB, que é a junta soldada. Normalmente, as modelagens das chapas são realizadas desconsiderando a solda para simplificar a complexidade e reduzir o processamento computacional. A soldagem a laser gera uma zona fundida (ZF) e termicamente afetada (ZTA) estreitas, dificultando a extração de corpos de prova (CPs) de tração para avaliação das propriedades mecânicas da junta soldada e, portanto, algumas abordagens experimentais, como a regra das misturas (ROM – Rule of Mixtures) e o uso de CPs de dimensões reduzidas (sub-size), surgem para a caracterização dessa região. O presente trabalho buscou estabelecer uma correlação entre os resultados de ensaios experimentais e simulações numéricas de tração uniaxial em TWBs com diferentes orientações da linha de solda. Utilizando o software Abaqus®, foram consideradas as propriedades da linha de solda obtidas pela ROM. O TWB utilizado é composto por dois diferentes aços livres de intersticiais, unindo três zonas distintas (dois materiais de base e a junta soldada). Na representação, foram consideradas as propriedades mecânicas dos regimes elástico e plástico do ensaio de tração. Os resultados indicaram que a presença da solda impacta nos resultados, alterando a carga cisalhante com a variação da inclinação em relação a direção de laminação. A ruptura tende a ocorrer no material de menor resistência mecânica e a região soldada, atua como um concentrador de tensões, alterando a direção de fratura do TWB sob esforço de tração. A ROM mostrou-se eficaz para representar a solda, e o modelo numérico, simplificado como isotrópico obteve resultados coerentes em relação à carga de ruptura e alongamento para ângulos de inclinação da linha de solda de 0°, 45° e 90°, sendo o modelo não representativo para angulações intermediárias (15°, 30°, 60° e 75°) que dependem fortemente da anisotropia.
Abstract: The Tailor Welded Blank (TWB) manufacturing process consists of joining two or more sheets with different specifications (materials, thicknesses, coatings, and other physical and/or chemical properties), subjected to forming, resulting in mass and mechanical strength optimization, achieving the "right material in the right place." Numerical simulation using the finite element method is employed to predict the body's behavior and presents an additional challenge when dealing with TWB, which is the welded joint. Typically, sheet modeling is performed without considering the weld to simplify complexity and reduce computational processing. Laser welding creates narrow melted (MZ) and heat-affected (HAZ) zones, making it difficult to extract tensile test specimens for evaluating the mechanical properties of the welded joint, thus, some experimental approaches such as the Rule of Mixtures (ROM) and the use of reduced-size specimens (sub-size) emerge for characterizing this region. This study aimed to establish a correlation between the results of experimental tensile tests and numerical simulations on TWBs with different weld line orientations. Using Abaqus® software, the properties of the weld line obtained by ROM were considered. The TWB used is composed of two different interstitial-free steels, joining three distinct zones (two base materials and the welded joint). The mechanical properties of the elastic and plastic regimes of the tensile test were considered in the representation. The results indicated that the presence of the weld affects the results, altering the shear load with the variation of the inclination relative to the rolling direction. Fracture tends to occur in the material with lower mechanical strength, and the welded region acts as a stress concentrator, altering the fracture direction of the TWB under tensile stress. ROM proved to be effective in representing the weld, and the numerical model, simplified as isotropic, obtained coherent results concerning the breaking load and elongation for weld line inclination angles of 0°, 45°, and 90°, being the model not representative for intermediate angles (15°, 30°, 60°, and 75°) that strongly depend on anisotropy.
Subject: Engenharia mecânica
Método dos elementos finitos
Simulação (Computadores)
Chapas de aço
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/69780
Issue Date: 26-Apr-2024
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado



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