dissertação
Análise inversa via Elementos Finitos para aferição de propriedades mecânicas em aços
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Universidade Federal de Lavras
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
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Resumo
Indústrias recebem diariamente diferentes tipos de insumos para abastecer linhas de produção, a exemplo do aço. Entretanto, fornecedores nem sempre detalham as especificações do material, o que pode gerar problemas futuros. Neste caso, torna-se necessário a realização de testes físicos para obter informações sobre as propriedades mecânicas dos materiais, o que demanda tempo e custos. Como alternativa, é possível realizar simulações numéricas no intuito de minimizar os custos associados. Baseado nisso, este trabalho propõe a utilização do Método dos Elementos Finitos (MEF) a partir de um modelo de viga em balanço com carga concentrada na extremidade livre no intuito de se obter duas propriedades mecânicas de um aço, o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson. Para isso, utilizou-se uma análise inversa do MEF via superfície de resposta para estimar valores das duas propriedades mecânicas de um aço ASTM A36, o qual é comumente utilizado na indústria. A partir dos resultados simulados, obteve-se uma diferença de 0;025% e 0;66% para o módulo de elasticidade e para o coeficiente de Poisson, respectivamente, em relação aos valores propostos na literatura para o mesmo tipo de material. Isso demonstra o potencial da metodologia adotada para aplicações industriais.
Abstract
Industries receive daily different types of inputs to supply production lines, such as steel. However, suppliers do not always detail material specifications, what can generate future problems. In this case, it is necessary to carry out physical tests to obtain information about the mechanical properties of the materials, what demands time and costs. As an alternative, it is possible to carry out numerical simulations in order to minimize the associated costs. Based on that, this work proposes the use of the Finite Element Method (FEM) from a cantilever beam model with concentrated load at the free end in order to obtain two mechanical properties of a steel, the modulus of elasticity and the Poisson’s ratio. For this, an inverse analysis of the MEF via the response surface was used to estimate the values of the two mechanical properties of an ASTM A36 steel, which is commonly used in the industry. From the simulated results, a difference of 0;025% and -0;66% was obtained for the modulus of elasticity and for the Poisson’s ratio, respectively, in relation to the values proposed in the literature for the same type of material. This demonstrates the potential of the methodology adopted for industrial applications.
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AMENT, A. W. dos S. Análise inversa via Elementos Finitos para aferição de propriedades mecânicas em aços. 2021. 70 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.