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Simulação do ensaio de compressão
O objetivo deste ensaio de compressão (forjamento) consiste em sujeitar um 1/8 de um
cilindro a forças de compressão, e analisar o comportamento do material segundo a influência
de duas condições: uma delas diz respeito ao contacto da ferramenta com o provete, ou seja, a
ação do atrito e a não existência dele e, a segunda diz respeito às características do material no
que diz respeito à isotropia e anisotropia.
De acordo com esses parâmetros foram obtidos os resultados das simulações, gerando-se
o gráfico da Figura 1, bem como as representações das deformações nas Figuras 2 a 6.
Figura 1 – Gráfico sobre a influência da anisotropia no ensaio de compressão
0.0E+00
2.0E+05
4.0E+05
6.0E+05
8.0E+05
1.0E+06
1.2E+06
1.4E+06
0 5 10 15 20 25 30 35
FOR
ÇA
(N
)
DESLOCAMENTO (MM)
INFLUÊNCIA DA ANISOTROPIA
Anisotropia µ=0.25 Anisotropia µ=0.75 Anisotropia µ=0
Isotropia µ=0.25 Isotropia µ=0.75 Isotropia µ=0
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Figura 2 – Anisotropia considerando atrito μ = 0.25
Figura 3 – Efeito Barril na Anisotropia considerando atrito μ = 0.25
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Figura 4 - Isotropia considerando atrito μ = 0.25
Figura 5 – Anisotropia não considerando atrito (μ = 0)
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Uma primeira conclusão que se pode tirar do gráfico é que a influência do atrito é pouco
significativa, ou até mesmo insignificante uma vez que considerando ou desprezando o atrito,
os valores da força aplicada pouco diferem, quer para as curvas da isotropia, como para as
curvas da anisotropia.
Comparando as deformações do material anisotrópico com as do material isotrópico, pode-
se concluir que o material anisotrópico deforma-se numa direção preferencial, segundo o eixo
dos xx (Figuras 2 e 5), enquanto o material isotrópico apresenta uma deformação uniforme em
relação ao eixo de aplicação da força, eixo dos zz (Figuras 4 e 6). Este fenómeno acontece porque
na anisotropia as propriedades mecânicas diferem com a orientação dos grãos. Durante o
processo de conformação, os grãos tendem a alongar na direção de maior deformação de tração
devido ao processo de escorregamento do material, durante a deformação. Assim, na estrutura
cristalográfica, os grãos tendem a deslizar ou distorcer uns sobre os outros com maior facilidade
num determinado sentido, havendo um isolamento mútuo entre grãos, levando a que os planos
cristalográficos e direções cristalinas dos materiais com orientação aleatória, adquiram uma
textura, ou seja, uma orientação preferencial.
Pelo contrário, na isotropia, as propriedades mecânicas do material são proporcionais em
todas as direções, estando os grãos distribuídos com uma orientação aleatória.
Figura 6 - Isotropia não considerando atrito (μ = 0)
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Através do gráfico, é possível inferir que, para as mesmas deformações, é necessário aplicar
uma força maior num material anisotrópico do que num material isotrópico.
No teste de compressão, o comprimento do provete é reduzido substancialmente e
consequentemente são aumentadas as dimensões da seção transversal. Aquando da carga
aplicada, gera-se um atrito entre as superfícies do provete e os pratos compressores da
máquina. Isto provoca constrangimentos ao deslizamento do material do provete adjacente aos
pratos compressores resultando, numa deformação não homogénea, uma vez que o material
tem mais facilidade em fluir radialmente nas zonas mais afastadas da superfície de contato,
levando à formação do chamado efeito barril, mais percetível na Figura 3.
Para diminuir esse efeito, é usada uma lubrificação da zona de contacto dos componentes,
para que se minimize o atrito. Idealmente, sem qualquer efeito do atrito, condição impossível
na realidade, o provete apenas experimentaria a tensão normal de compressão e, após ser
deformado manteria a sua forma cilíndrica inicial, como está representado na Figura 6.
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Simulação do processo de embutidura
Neste segundo ensaio, simulou-se o processo de conformação de chapa conhecido como
embutidura que consiste na obtenção de peças ocas por deformação plástica de chapas planas,
representado na Figura 7.
Em primeiro lugar, é colocada a chapa sobre a matriz, de seguida o cerra-chapas desce e
prende a chapa contra a matriz, depois o punção desce e deforma a chapa. Por último, o punção
e o cerra-chapas são retirados, e assim se obtém a peça embutida.
Para a simulação numérica no software GiD, utilizou-se uma chapa quadrada com 75 mm
de lado, como a representada na Figura 8.
Figura 7 – Processo de Embutidura
Figura 8 – Chapa a embutir
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A principal conclusão que se pretende tirar desta simulação é saber qual a influência da
ação do cerra-chapas no processo de embutidura. Utilizaram-se a forças de 1000N, 4900N e
90000N, tendo-se obtido os diagramas das Figuras 9, 10 e 11.
Figura 9 – Diagrama de deformações plásticas para uma força de 1000N
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Figura 10 - Diagrama de deformações plásticas para uma força de 4900N
Figura 11 - Diagrama de deformações plásticas para uma força de 90000N
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Pela análise das deformações plásticas, conclui-se que para forças mais baixas como 1000N
e 4900N, o material deforma-se de forma mais ou menos uniforme, ao contrário do que
acontece para forças elevadas (90000N) em que o cerra-chapas impede que o material se escoe
para a zona da matriz, levando a que na zona de contacto lateral com o punção, os elementos
da malha estejam sujeitos a tensões elevadas e sofram elevados alongamentos o que sugere
que possa ocorrer rutura do material.
Para se tentar compreender melhor, a ação direta da força do cerra-chapas no escoamento
e deformação do material da chapa, apresentam-se as Figuras 12 a 16.
Como é possivel verificar na Figura 12, para forças mais baixas (neste caso 1000N)
aplicadas pelo cerra-chapas na chapa, contra a matriz, o material tem maior liberdade para
se escoar para a zona da matriz sendo que, devido à possível existência de excesso de material
na zona de ação do punção, provoca-se o enrugamento da chapa, na zona onde esta está
apoiada na matriz.
Figura 12 – Deslocamento Plano XZ para uma força de 1000N
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Figura 13 - Deslocamento Plano XY para uma força de 4900N
Figura 14 - Deslocamento Plano XY para uma força de 90000N
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Por comparação entre as Figuras 13 e 14, é evidente a considerável diminuição da largura
da chapa quando aplicados os 4900N. Devido à maior quantidade que se desloca para o interior
da matriz, a largura passou de inicialmente 75mm para cerca de 49mm, não ocorrendo da
mesma forma para uma força de 90000N em que a largura da chapa é semelhante à inicial, cerca
de 73mm.
É visível igualmente nas Figuras 15 e 16 que, quando as forças do cerra-chapas permitem o
movimento do material para a zona de deformação, as deformações são mais baixas e a chapa
Figura 15 - Deslocamento Plano XZ para uma força de 4900N
Figura 16 - Deslocamento Plano XZ para uma força de 90000N
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mantém, aproximadamente, a espessura inicial, diminuindo o risco de rutura do material, o que
não acontece para elevadas deformações em que há o risco de, tão mínima espessura existir, o
material rompe.
RUI COSTA nº 68556