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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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