Publicação
Estudo de malhas de elementos finitos não conformes na simulação de processos de conformação plástica de chapas metálicas
| Resumo: | A discretização espacial dos corpos deformáveis tem-se tornado um parâmetro cada vez mais importante no contexto da simulação numérica com recurso ao método dos elementos finitos. A precisão dos resultados depende da dimensão adotada para os elementos finitos, que devem também apresentar boa qualidade de forma, o que nem sempre é possível, em particular quando se recorre a malhas conformes. Por outro lado, o recurso a malhas conformes que cumpram os requisitos necessários pode conduzir a tempos de cálculo incomportáveis. Estas adversidades podem ser ultrapassadas com recurso a malhas não conformes, mas é necessário avaliar o seu impacto na precisão dos resultados. Este estudo avalia a performance de malhas não conformes, constituídas por elementos finitos hexaédricos trilineares, quando aplicadas à simulação numérica de processos de conformação de chapas metálicas. São estudados quatro casos de estudo: o ensaio de tração e três processos de conformação de diferente complexidade. Para cada exemplo, são analisados os resultados obtidos com malhas não conformes e conformes, com diferentes níveis de refinamento. Nas malhas não conformes, as zonas críticas, que sofrem maior deformação plástica ou apresentam gradientes na distribuição de variáveis locais, são sujeitas a um maior nível de refinamento. Uma vez identificadas estas zonas, foram refinadas com recurso a um algoritmo de refinamento seletivo. As zonas que sofrem pouca ou quase nenhuma deformação são zonas constituídas por tamanhos de elementos que correspondem ao menor grau de refinamento. Os parâmetros de comparação para análise da precisão dos resultados incluem a evolução de variáveis globais, como a força exercida pelas ferramentas, bem como de variáveis locais, com a distribuição da espessura ou o perfil do componente após retorno elástico. A análise da performance computacional é realizada com base no tempo de simulação, o número de incrementos executado, a média de iterações por incremento e o número de elementos. O estudo analisou a influência do refinamento no plano e em espessura, adotado para as zonas críticas e de transição, nas malhas não conformes. O algoritmo implementado não permite recuperar a definição geométrica, mas apenas refinar as zonas lineares definidas malha conforme utilizada como inicial. O refinamento no plano deve permitir a descrição dos gradiente de tensão, induzidos pelos processos de flexão, de modo a permitir uma correta previsão do retorno elástico. O refinamento na direção da espessura permite aumentar o número de pontos de integração, necessários para a correta descrição do gradiente de tensões ao longo da espessura. Cumpridos estes requisitos, os resultados obtidos com malhas não conformes apresentam um erro relativo, determinado comparativamente com a malha conforme mais refinada, muito reduzido na força máxima de conformação (<15%) e na variação da espessura (<5%). No pior dos casos, o recurso a uma malha não conforme permitiu uma redução do tempo de cálculo de 10%. |
|---|---|
| Autores principais: | Curralo, Bárbara Sofia Afonso |
| Assunto: | Conformação plástica Simulação numérica Elementos finitos Malhas não conformes Algoritmo de refinamento local Plastic deformation Numerical simulation Finite element Non-conforming meshes Local refinement algorithm |
| Ano: | 2021 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Coimbra |
| Idioma: | português |
| Origem: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Resumo: | A discretização espacial dos corpos deformáveis tem-se tornado um parâmetro cada vez mais importante no contexto da simulação numérica com recurso ao método dos elementos finitos. A precisão dos resultados depende da dimensão adotada para os elementos finitos, que devem também apresentar boa qualidade de forma, o que nem sempre é possível, em particular quando se recorre a malhas conformes. Por outro lado, o recurso a malhas conformes que cumpram os requisitos necessários pode conduzir a tempos de cálculo incomportáveis. Estas adversidades podem ser ultrapassadas com recurso a malhas não conformes, mas é necessário avaliar o seu impacto na precisão dos resultados. Este estudo avalia a performance de malhas não conformes, constituídas por elementos finitos hexaédricos trilineares, quando aplicadas à simulação numérica de processos de conformação de chapas metálicas. São estudados quatro casos de estudo: o ensaio de tração e três processos de conformação de diferente complexidade. Para cada exemplo, são analisados os resultados obtidos com malhas não conformes e conformes, com diferentes níveis de refinamento. Nas malhas não conformes, as zonas críticas, que sofrem maior deformação plástica ou apresentam gradientes na distribuição de variáveis locais, são sujeitas a um maior nível de refinamento. Uma vez identificadas estas zonas, foram refinadas com recurso a um algoritmo de refinamento seletivo. As zonas que sofrem pouca ou quase nenhuma deformação são zonas constituídas por tamanhos de elementos que correspondem ao menor grau de refinamento. Os parâmetros de comparação para análise da precisão dos resultados incluem a evolução de variáveis globais, como a força exercida pelas ferramentas, bem como de variáveis locais, com a distribuição da espessura ou o perfil do componente após retorno elástico. A análise da performance computacional é realizada com base no tempo de simulação, o número de incrementos executado, a média de iterações por incremento e o número de elementos. O estudo analisou a influência do refinamento no plano e em espessura, adotado para as zonas críticas e de transição, nas malhas não conformes. O algoritmo implementado não permite recuperar a definição geométrica, mas apenas refinar as zonas lineares definidas malha conforme utilizada como inicial. O refinamento no plano deve permitir a descrição dos gradiente de tensão, induzidos pelos processos de flexão, de modo a permitir uma correta previsão do retorno elástico. O refinamento na direção da espessura permite aumentar o número de pontos de integração, necessários para a correta descrição do gradiente de tensões ao longo da espessura. Cumpridos estes requisitos, os resultados obtidos com malhas não conformes apresentam um erro relativo, determinado comparativamente com a malha conforme mais refinada, muito reduzido na força máxima de conformação (<15%) e na variação da espessura (<5%). No pior dos casos, o recurso a uma malha não conforme permitiu uma redução do tempo de cálculo de 10%. |
|---|
Atividades financiadas
Não foram encontrados projetos financiados.