Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo comparativo de resultados de tensão residual e da variação das respostas dinâmicas de chapas soldadas por método de elementos finitos
Autor(es): ARRUDA, Márcio Vital de
Primeiro Orientador: CORRÊA, Edmilson Otoni
Resumo: Processos de soldagem geram tensões residuais muitas vezes indesejadas. A detecção de tais tensões pode ser realizada por diferentes métodos. Alguns destes métodos são destrutivos ou semi-destrutivos e, portanto, nem sempre viáveis. Já os métodos não destrutivos, como detecção por raios-X, difração de nêutrons e ultrassom, são complexos e de alto custo. Uma técnica para se detectar tensões residuais de soldagem de forma não destrutiva e a menor custo que as existentes vem sendo estudada por alguns autores e é baseada no fenômeno o qual as frequências naturais de uma estrutura são alteradas pelas tensões residuais de soldagem. A detecção das tensões residuais indesejadas consistiria basicamente em se medir as frequências naturais da estrutura após a soldagem e compará-las com valores de frequências considerados ideais. Tais valores considerados ideais são obtidos através de simulação pelo método dos elementos finitos. Esta simulação não é trivial; envolve pelo menos quatro análises que podem ser executadas de algumas diferentes formas. Diferentes autores vêm publicando diferentes trabalhos com tipos de estruturas, materiais e resultados bastante variados. Neste trabalho, foram desenvolvidos cinco modelos, validados por dados experimentais obtidos na literatura, e executadas diversas simulações com o objetivo de se analisar quais parâmetros tornam o modelo por Método de Elementos Finitos - MEF mais eficaz na obtenção de dados mais próximos aos experimentais. Foi detectado que modelos utilizando elementos 2D, tipo casca, resultam em melhores resultados que elementos 3D, tipo sólido. Também foi observado que a técnica de simetria para simulação de placas leva a tempos de processamento significativamente menores, mas o uso dessa técnica altera os resultados modais e, ainda, não fornece os resultados de frequência natural para todos os modos de vibração e, portanto, esta técnica deve ser evitada. Também foi observado que o uso da técnica Birth and Death, que simula a inserção de metal de adição, pouco alterou os resultados obtidos neste trabalho. Finalmente, foi proposta a técnica de interpolação dos valores das frequências naturais para se avaliar as variações dos parâmetros modais pelas tensões residuais.
Abstract: Welding processes may cause undesirable residual stresses and their detection is possible using different methods. Some residual stress detection methods or techniques are destructive or semidestructive, therefore not always applicable. Some methods are non-destructive, such as X-ray diffraction, neutron diffraction, and ultrasound. However, they are complex and high cost. One possible non-destructive method to detect welding residual stresses, lower cost than the current techniques, is being studied by some researchers. This method is based in the phenomenon which a structure natural frequencies vary when welding residual stress is applied. It consists in measuring the structure natural frequencies after welding, and comparing them to natural frequency values considered ideal values. These ideal values are obtained from finite element method simulation. However, the welding process simulation is not trivial; it implies at least four finite element analysis which can be executed in different manners. Different researchers have been developing studies with different types of structures, materials and results. The aim of this study is to analyze which parameters can improve Finite Element Method (FEM) model performance for obtaining simulation results closer to experiments. In this study, five models were developed and validated with experimental studies. It was observed that models using 2D shell elements generate better results than models using 3D solid elements. In addition, it was observed that the symmetry technique which can be used in plate simulations leads to significant lower computational times, but affect modal results and, in addition, do not generate natural frequency values for all vibrational modes; therefore, the symmetry technique should be avoided in this type of analysis. The birth and death technique, which simulates filler metal deposition, was also analyzed and it was concluded that this technique has small effect in the results. Finally, this work proposes an interpolation technique for the natural frequency values to evaluate the modal results variation due to welding residual stresses.
Palavras-chave: soldagem
Tensões residuais
Frequências naturais
Vibrações mecânicas
Método de elementos finitos
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3504
Data do documento: 12-Dez-2022
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