TESTE DE TRAÇÃO DE UM AÇO COMUM, VISANDO SUA CAPACIDADE ELÁSTICA, VIA MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

AUTOR: PAZOTI, E., (ericpazoti@hotmail.com) ; CO-AUTOR ¹: LIMA, D. S., (diegosiqueira@mail.com); CO-AUTOR ²: CAMPOS, M., (marcelocamp@gmail.com); ORIENTADOR: CAMARGO, R., (roderlei.camargo@sj.unisal.br)

Centro Universitário Salesiano de São Paulo, Unidade Campinas, Campus São José

Introdução: Visando uma compreensão mais elaborada da Zona Elástica de ummaterial de aço médio carbono comum (SAE 1020), o mesmo foi submetido àum ensaio de tração virtual, utilizando um corpo de prova e análise via métododos elementos finitos. Sabendo que o grau ao qual uma estrutura se deformaou se esforça depende da magnitude da tensão imposta. Para a maioria dosmetais que são submetidos a uma tensão de tração em níveis baixos, sãoproporcionais entre si. A aplicação dos carregamentos de cargas e descargas,via software, foi fielmente reproduzida de acordo como menciona a norma NBR6252 (2002).Primeiramente, realizou-se o ensaio de tração em corpo de prova comdiâmetro de 10 mm e comprimento inicial de 72,5 mm (como ilustra a figura 1)

Objetivos: Atendendo a norma padronizada NBR 6252 (2002) para ensaio detração em um corpo de prova, para um material de aço comum, espera-sesubmeter o corpo de prova ao procedimento do ensaio de tração através deum estudo virtual por análise estática, explorando o princípio físico detensão-deformação, conhecida como a lei de Hooke (conforme ilustra afigura 2). Com isso, definir qual o melhor tipo de malha a ser empregada emum teste virtual que valide um teste prático.

Metodologia: Foi empregada uma metodologia com um modelo de provavirtual para síntese e análise de teste de tração baseada na estática damecânica dos sólidos. tendo como solver um software que trabalha comanálises por método dos elementos finitos (FEM). A análise estática tevecomo princípio os fundamentos de tensão-Deformação (lei de Hooke). Oestudo foi modelado via Abaqus, usando o recurso axissimétrico (comomostra a figura 3). Foram reproduzidas as propriedades mecânicas do açoSAE 1020, aplicadas condições de contorno e carregamentos de cargas edescargas (tração / compressão), como menciona a norma NBR 6252 (2002).

Discussão dos resultados: Conforme indica as figuras 4 abaixo, nas análises virtuaisforam considerados os dados de malha com: A) e B) elemento quadrangular de8mm sobre todo o modelo; C) elemento quadrangular de 8mm em transição comelemento triangular de 1mm na zona de filete; D) elemento quadrangular de2,2mm sobre todo o modelo; E) e F) elemento quadrangular de 2,2mm emtransição com elemento triangular de 1mm no raio; G) elemento quadrangular de2,2mm em transição com elemento triangular de 1mm no raio e elementosquadrangulares de 1mm onde há maior tendência de estricção do material (localonde sofre ruptura).A figura 5 mostra a tabela com os resultados gerados no teste de tração virtual decada modelo, conforme cada malha apresentada na figura 4.

Referências:BERTOLDI, E., Análise de ensaio de tração em corpo de prova de aço SAE 1020,FAHOR, Rio Grande do Sul, 2014TIMOSHENKO, S. P., Resistência dos Materiais, v.1, LTC, Rio de Janeiro, 1998POPOV, E. P., Introdução à Mecânica dos Sólidos, Edgard Blücher, São Paulo, 2001ZIENKIEWICZ, O.C., TAYLOR, R.L. The finite element method - Solid and fluidmechanics, dynamics and non-linearity, Vol. 2, 4th.ed., McGraw-Hill Int. Ed., 1991CALLISTER W.D. , Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução, LTC Editora,2015ALVES FILHO, A., Elementos Finitos - A Base da Tecnologia CAE, 5º Ed., Erica, SãoPaulo, 2012.Abaqus 6.12 edition. Abaqus/Cae Analysis User’s Manual. Providence, EUA,Simulia, 2012

Palavras Chave: Teste, Deformação elástica, Método dos Elementos Finitos, Abaqus.

Fonte: Livro: Resistência dos Materiais, v1, pág.53

Figura 2 – Relação entre Tensão-Deformação encontrado por Hooke

Figura 1 – Modelo padrão de Corpo de Prova Cilíndrico

Fonte: NBR 6252 (2002)

Figura 3 – Demonstração de modelamento e Ensaio virtual de um Corpo de Prova Cilíndrico (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)

Fonte: Acervo do autor

A

B

D F E G

C

Figura 4 – Modelamento das malhas com elementos alternados e elementos de transição (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)

Fonte: Acervo do autor

Conclusão: Através do teste de simulação de tração virtual, pode-se perceber quedos casos apresentados, a malha que apresenta melhores resultados, podendochegar bem próximo à linha real obtida no teste prático, é a que possui maisrefinamento, contendo elementos quadrangulares de 2,2 mm, além de possuirtransição com elementos triangulares na região do filete e refinamento no localonde o corpo de prova gera mais fluidez. Neste caso, pode-se considerar essamalha como ideal, visto que atende o esperado, apresentando o melhor resultadodo teste.

Figura 5– Resultado entre teste de tensão-deformação entre diferentes tipos de malhas apresentadas

Fonte: Acervo do autor