Validação e optimização de algoritmos de contacto com atrito aplicados a superfícies Nagata

Palavras-chave: Superfícies Nagata,Algoritmo de contacto,,Simulação numérica,Discretização de superfícies,

A simulação numérica de processos de conformação plástica tem sido alvo de investigação ao longo de várias décadas. Uma das suas principais vantagens é permitir efectuar a validação virtual das ferramentas de conformação, visando substituir os testes experimentais em prensa. Os problemas que envolvem contacto com atrito são comuns às mais diversas áreas da mecânica, incluindo a simulação de processos de conformação plástica. A correcta descrição das superfícies de contacto tem uma importância fundamental na modelação deste tipo de problemas. A estratégia mais utilizada para a descrição das superfícies de contacto contínua a ser a utilização de modelos poliédricos, devido à sua simplicidade e flexibilidade. Contudo, este tipo de discretização promove uma simplificação excessiva do modelo, uma vez que despreza a curvatura das superfícies, o que pode induzir problemas de convergência e incorrecções na solução numérica. A curvatura das superfícies pode ser recuperada recorrendo a um algoritmo simples de interpolação, recentemente proposto por Nagata (2005). A ideia base desta descrição com superfícies paramétricas consiste na interpolação quadrática de segmentos curvos, com o auxílio dos vectores posição e normais dos nós associados a uma discretização poliédrica. O reduzido grau de interpolação garante a simplicidade dos algoritmos de gestão de contacto com atrito associados a este tipo de superfícies paramétricas. Neste trabalho descreve-se o algoritmo de detecção de contacto aplicado a superfícies Nagata, implementado no programa DD3IMP. O objectivo foi proceder à validação e optimização deste algoritmo de modo a permitir a correcta detecção de contacto entre a chapa e as ferramentas, na simulação de processos de estampagem. O exemplo seleccionado para a validação e optimização do algoritmo é a estampagem de uma taça de geometria cruciforme. Na validação do algoritmo são utilizados como referência os resultados obtidos com as ferramentas descritas com superfícies de Bézier de grau variável. A análise e optimização dos parâmetros numéricos do algoritmo de contacto global implementado são realizadas utilizando diferentes descrições paramétricas das superfícies das ferramentas, com o auxílio de elementos finitos quadrangulares. A Validação e optimização de algoritmos de contacto com atrito aplicados a superfícies Nagata vi 2012 utilização deste tipo de elementos permite definir descrições paramétricas com superfícies Bézier de grau 1 (bi-lineares), de grau 2 (bi-quadráticas) e Nagata. A análise dos resultados obtidos com estas descrições paramétricas permite avaliar o impacto da suavização de superfícies na performance dos algoritmos de detecção de contacto implementados no programa DD3IMP. O estudo do impacto da tipologia das superfícies Nagata utilizadas na descrição das ferramentas é também efectuado neste trabalho, com a comparação dos resultados obtidos na simulação da estampagem de uma taça de geometria cruciforme, recorrendo a discretizações com elementos finitos quadrangulares, triangulares e mistos (quadrangulares e triangulares). Por último, o algoritmo de detecção de contacto aplicado a superfícies Nagata é testado com um exemplo industrial e é feita a comparação entre os resultados experimentais e numéricos.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias