Análise do uso de escalas nas simulações de processos de estampagem

The purpose of using software based on numerical approximations for metal forming is given by the need to ensure process efficiency in order to get high quality products at lowest cost and shortest time. This study uses the theory of similitude in order to develop a technique capable of simulating the stamping process of a metal sheet, obtaining results close to the real values, with shorter processing times. The results are obtained through simulations performed in the finite element software STAMPACK®. This software uses the explicit integration method in time, which is usually applied to solve nonlinear problems involving contact, such as the metal forming processes. The technique was developed from a stamping model of a square box, simulated with four different scale factors, two higher and two smaller than the real scale. The technique was validated with a bending model of a welded plate, which had a high simulation time. The application of the technique allowed over 50% of decrease in the time of simulation. The results for the application of the scale technique for forming plates were satisfactory, showing good quantitative results related to the decrease of the total time of simulation. Finally, it is noted that the decrease in simulation time is only possible with the use of two related scales, the geometric and kinematic scale. The kinematic scale factors should be used with caution, because the high speeds can cause dynamic problems and could influence the results of the simulations.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Dissertação (Mestrado)

O propósito de fazer uso de softwares, com base em aproximações numéricas para conformação de metais, se dá pela necessidade de garantir a eficiência do processo, de modo a obter produtos de qualidade com menor custo e prazo possível. O estudo proposto faz uso da teoria de similitude para desenvolvimento de uma técnica capaz de simular a estampagem de uma chapa metálica, obtendo resultados próximo do real com tempos de computação menores. Os resultados são obtidos através de simulações realizadas no programa comercial de elementos finitos STAMPACK®. Esse software utiliza o método de integração explicita no tempo, bastante utilizado na resolução de problemas não lineares envolvendo contato, como é o caso dos processos de conformação de metais. O desenvolvimento da técnica se deu com um modelo de estampagem de uma caixa quadrada, simulado com quatro fatores de escala diferentes (duas abaixo e duas acima da escala real). A validação da técnica se deu com um modelo de dobramento de uma chapa soldada, que apresentava um alto tempo de simulação e que ao aplicar esta técnica o mesmo teve uma redução de mais 50% no tempo de simulação. Os resultados se mostraram satisfatório para o uso da técnica de escala em simulações para conformação de chapas, apresentando resultados quantitativos bons atrelados à redução do tempo final de simulação. Por fim notou-se que, a redução no tempo de simulação só é possível com o uso de duas escalas juntas, geométrica e cinemática, onde se deve tomar cuidado com fatores de escala cinemática, pois velocidades muito altas acarretam problemas dinâmicos, influenciando assim os resultados finais das simulações.