Modelação das Propriedades mecânicas de juntas soldadas por fricção linear

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

A SFL está hoje bem implementada num conjunto de aplicações exigentes que requerem elevados niveis de qualidade, mas os fenómenos envolvidos no processo estão ainda em fase de investigação com o objectivo de: - Optimizar o processo, quer no estudo do efeito dos parâmetros operatórios, quer no desenvolvimento de novas ferramentas mais eficazes; - Na modelação do processo de soldadura, como sejam a modelação do fluxo de material, e do comportamento mecânico das juntas soldadas. Este trabalho visou modelar as propriedades das juntas soldadas, por fricção linear, em ligas de alumínio do tipo AA 2024 avaliadas experimentalmente através de ensaios de tracção e de flexão. Para a modelação efectuada usou-se o software ABAQUS, de uso relativamente corrente, disponível no IST. Das modelações efectuadas salientam-se as seguintes conclusões: − Os resultados em provetes de material base preliminares permitiram reproduzir com um erro pequeno inferior a 10% das propriedades do material de base, à excepção da tensão de cedência; − A simulação dos ensaios na presença de defeitos revelou-se mais complexa, devido à forma, dimensão e posição do defeito e ainda à sua tipologia. Uma vez que a observação dos defeitos era feita num plano, o das fotomicrografias, era difícil conhecer a forma tridimensional do defeito e prever o seu comportamento quando sujeito a solicitações do tipo tracção ou flexão; − A aplicação dos conceitos de mecânica da fractura à previsão da propagação de defeitos ajuda a compreender o modo de fractura. Para isso calculou-se o integral J na região do defeito para defeitos embebidos e o factor de intensidade de tensões para defeitos com abertura para a superfície. Este estudo implicou, no entanto, uma dificuldade acrescida na construção da malha para um problema já complexo e um aumento considerável no tempo de cálculo; − Os resultados das modelações concordaram, na generalidade bastante bem com os resultados experimentais, no caso dos ensaios de tracção; − No caso dos ensaios de flexão, as discrepâncias eram significativas, isto é, a diferença entre a força máxima e ângulo de dobragem medidos e calculados era da ordem dos 20%, embora inferior nalguns casos. Assim, assumiu-se uma camada superficial com propriedades mecânicas distintas das do material de base e de espessura variável. Esta camada é devida à força de forjagem do processo. Foram feitas novas modelações dos ensaios de flexão considerando a variação de espessura da camada superficial e das suas propriedades e ainda diferentes coeficientes de atrito entre a superfície e a ferramenta. Nestas condições, verificou-se uma boa aproximação entre resultados experimentais e computacionais