Modelação e simulação numérica de processos de conformação plástica de metais

Abstract

A conformação plástica de chapas metálicas é um dos mais comuns e importantes processos de produção na indústria. A complexidade crescente dos produtos, a constante redução dos tempos envolvidos nos ciclos de desenvolvimento e as tendências actuais de utilização de materiais mais leves e mais resistentes colocam novos desafios, no que toca ao projecto de componentes obtidos por conformação plástica. A simulação de processos de conformação plástica utilizando o Método dos Elementos Finitos progrediu substancialmente nas últimas décadas, em parte devido ao rápido desenvolvimento da arquitectura dos computadores. Face a este avanço, existe uma sucessiva aproximação ao conceito de projecto virtual em substituição de métodos baseados em tentativa-e-erro. A presente Dissertação tem como principal objectivo a modelação e simulação numérica por elementos finitos de processos de conformação plástica. Estudam-se numericamente metodologias de previsão de defeitos em componentes metálicos obtidos por conformação plástica, nomeadamente, fenómenos de retorno elástico (springback), instabilidade à compressão ou rugas (wrinkling ), "orelhas" de embutidura (earing ) e análise da variação de espessura (thinning ). Analisa-se, recorrendo a "benchmarks" disponíveis na literatura, a influência de alguns parâmetros que influenciam os resultados numéricos, entre os quais o refinamento de malha de elementos finitos, a formulação de elementos finitos utilizada e os modelos constitutivos que caracterizam o comportamento mecânico do material. Em suma, a presente Dissertação visa providenciar uma visão mais aprofundada sobre as ferramentas de simulação numérica aplicadas a processos de conformação plástica, bem como as formulações de elementos finitos e modelos constitutivos mais utilizados nessas aplicações industriais.

ABSTRACT: Sheet metal forming is one of the most usual and important production processes in industry. The growing complexity of the products, the shortening of development cycles and the actual trends of using lighter and higher strength materials has placed new challenges to the sheet metal forming design and processes. The simulation of forming process using the Finite Element Method (FEM) has shown strong progresses during the last decades, particularly due to the rapid progress of computational capabilities. Due to this progress, new approaches to virtual production concepts have appeared. The main objective of the present Thesis is the modeling and numerical simulation, by the Finite Element method, of sheet metal forming processes. This numerical method can be used to the prediction of defects in metal components obtained in plastic forming, namely springback, compression instability or wrinkling, earing and thinning. The influence of several input parameters in the simulation, which can affect the numerical results, such as the finite element mesh refinement and formulations, as well as and the constitutive models for the material characterization are analyzed, using benchmarks available in the literature. In summary, the present work aims to provide a deeper, although preliminary, insight into the available numerical simulation tools and formulations, when applied to plastic forming processes, as well as into diferent finite element formulations and constitutive models used in this industrial process.