Análise dos Parâmetros de Simulação

Durante a fase de modelagem do processo ou da própria ferramenta, o usuário deve inserir diversos parâmetros que, de uma forma ou de outra, podem ou não influenciar decisivamente os resultados finais. A partir deste ponto, devemos dividir esses parâmetros em duas famílias distintas: parâmetros tecnológicos e parâmetros de simulação. A diferença entre essas duas famílias de parâmetros reside no fato de que os Parâmetros Tecnológicos existem no processo de conformação real, mas na simulação computacional de alguma forma foram substituídos por outros parâmetros da própria simulação. Os Parâmetros de Simulação, ao contrário, não possuem nenhuma referência com o processo real “prático” e tendem, portanto, a modificar a descrição matemática do modelo [31].

Figura 6.7: Influência nos resultados da simulação através da gestão dos parâmetros

A modificação de ambos os parâmetros seguramente leva a divergências nos resultados finais da simulação. Com a análise dos resultados obtidos via simulação, uma vez que se tenha o conhecimento do processo a 360°, ou seja, da variação dos resultados em função do setup dos dados de entrada, obteremos um resultado mais confiável em relação aos dados apresentados. No futuro, a análise destes dados de input à simulação, em confronto com os dados da “prática”, deverá tornar-se uma constante no departamento de Engenharia de Manufatura de um fabricante automobilístico.

Geometria da Ferramenta Parametros Tecnologicos

• Força de retençao no prensa-chapas • Força na interface prensa-chapas/chapa • Atrito Resultado da Simulação Propriedades Materiais • Tensão de Escoamento • Encruamento • Anisotropia • Limite de Conformação Parametros da Simulação

• Funçao adaptativa aos elementos • Modelagem inicial da platina • Fator Tempo

Geometria da Ferramenta Parametros Tecnologicos

• Força de retençao no prensa-chapas • Força na interface prensa-chapas/chapa • Atrito Resultado da Simulação Resultado da Simulação Propriedades Materiais • Tensão de Escoamento • Encruamento • Anisotropia • Limite de Conformação Parametros da Simulação

• Funçao adaptativa aos elementos • Modelagem inicial da platina • Fator Tempo

6.3.1 Parâmetros Tecnológicos

Os parâmetros tecnológicos são normalmente definidos quando da elaboração do conceito e das exigências do produto final, principalmente no que se refere à força de retenção ou força do prensa-chapas requerida para a “estampabilidade” de um determinado componente. De acordo com a geometria dos “drawbeads” será definida uma força máxima de retenção que deve ser gerada por este. O fator de atrito entre a ferramenta e a platina deve também ser definido durante o desenvolvimento do plano de Métodos. Aqui se torna importante também a descrição e a análise técnica entre os possíveis “coatings” ou material de cobertura destas chapas, principalmente se estas foram “zincadas eletroliticamente” (EG) ou se foram “zincadas a fogo” (IG). Para cada um destes materiais, deve ser prescrito um determinado valor de atrito. (Como exemplos, podemos dizer que para uma chapa zincada é normal utilizar um coeficiente no valor de 0,12 em média, enquanto que para chapas de alumínio, este valor sobe para 0,15) [31].

6.3.2 Parâmetros da Simulação

A adoção de um critério adaptativo (rezoneamento) pode ser feita pelo usuário. Para a gestão deste processo, o usuário define alguns critérios para que o programa possa criar rezonear e inserir elementos. Esses critérios ou coeficientes contribuem de modo a alterar a quantidade de elementos durante a rotina de execução dos cálculos de análise. Para se puder analisar a quantidade de elementos necessária para o Rezoneamento de uma determinada área, foi feita uma análise da quantidade de elementos que os algoritmos do software INDEED® cria, de modo a estabelecer uma correlação entre número de elementos e a variação destes [31].

Uma das maiores incertezas em modelos de elementos finitos implícitos e explícitos de processos físicos é a própria escolha da densidade de malha, ou seja, o nível de discretização espacial necessária para se alcançar uma precisa e homogenia solução sobre o domínio analisado. Isto se aplica a modelos de elementos finitos lineares, onde uma fina discretização nos modelos é necessária em regiões onde há altos gradientes para variáveis de soluções. Ainda mais, esta técnica pode ser aplicada também a modelos de processos não lineares, onde o domínio do

modelo pode levar a mudanças substanciais de geometria como, por exemplo, na estampagem de chapas ou em simulações de impacto em estruturas construídas a partir de chapas de aço finas. A própria densidade de discretização é usualmente utilizada baseando-se a experiência do usuário, formada através do frequente uso de certo código particular de elementos finitos e de técnica. Para o usuário não treinado, a escolha de uma correta densidade de malha pode, portanto, não ser óbvia. Em casos onde a localização de altos gradientes de parâmetros de soluções em grandes modelos é imprevisível, a escolha prioritária de níveis de discretização é praticamente impossível, mesmo ao mais experimentado analista.

Portanto, a adaptação automática de um modelo em um processo de simulação não linear, o qual se auto ajusta ou se adapta a níveis de discretização durante a simulação aos níveis locais requeridos torne-se extremamente necessária. Este benefício não somente reside no atendimento de melhores níveis de precisão nos resultados, mas, em particular, resulta em uma alta eficiência de solução, porque o modelo é continuamente mantido em estados de refinamento para constante precisão local.

Simulações numéricas de estampagem utilizando-se finos elementos de casca é particularmente recomendada para a introdução de adaptações automáticas no modelo, baseado no desejo de obter-se sempre soluções com uniformidade e precisão. A razão é que as deformações de chapa e erros associados são bem circunscritos, se comparados naturalmente com impacto de estruturas ou componentes, feitos de chapas de aço finas, onde as regiões e a natureza das deformações são menos conhecidas previamente. O fato é que a cinemática e as deformações de uma chapa de aço estampada são bem determinadas pela geometria e pela ação das ferramentas, o que facilita, em princípio, a seleção e aplicação do critério automático de adaptação. O trabalho de desenvolvimento deste critério iniciou-se com projetos de monografias de conclusão de curso de estudantes de Engenharia, onde primeiramente estudou-se um algoritmo para a fissão do elemento, isto é, para a subdivisão automática de grandes elementos finos de casca de acordo com a precisão local requerida [31].

Em um segundo momento, novos projetos foram desenvolvidos com base na implementação deste algoritmo, estendendo-a para a fusão do elemento, isto é, para o desrefinamento automático de certas regiões que foram refinadas previamente, e para a compatibilidade de fissão e fusão de elementos com os existentes algoritmos de contato. A fusão de elementos (desrefinamento) pode, em particular, ser levada em consideração, mesmo se a cinemática de deformação do elemento de casca ou placa for revertida para muito próxima do estado original não deformado do mesmo, tal como ocorre em certas porções da platina no processo de estampagem, onde a mesma é dobrada e repuxada na borda da matriz, deslizando sobre esta.

Os passos básicos a serem considerados no algoritmo de adaptação automática para malhas em elementos finitos podem ser enumerados como:

1. Selecionar um método para adaptação do modelo; 2. Selecionar um critério para adaptação do modelo;

3. Criar e implementar um algoritmo eficiente para adaptação do modelo; 4. Tornar o algoritmo compatível com as opções existentes do programa; 5. Tornar visual (graficamente) o pós-processamento dos modelos adaptados; 6. Testar a nova metodologia proposta.

Os passos descritos acima, bem como toda a metodologia de adaptação de malha e algoritmos podem ser verificados em [31]. Como o objetivo deste trabalho é estabelecer uma linha de confronto entre teoria e prática, algumas diretrizes quanto ao uso prático dos parâmetros de adaptação de malha foram estabelecidos.

Via de regra, é possível efetuar o refinamento de uma malha partindo de 20 [mm] até chegar a um comprimento de canto de 2,5 [mm]. Ambos os comprimentos de elemento podem ser influenciados pelo usuário, mas é recomendado que, na “prática”, esses valores máximo e mínimo sejam comuns nos cálculos de um determinado fabricante, de modo a haver uma padronização entre todas as simulações e entre todos os usuários dos programas de simulações. Desta forma, tal como apresentado na Figura 6.8, partindo-se da linha externa com

aproximadamente 20 [mm] de comprimento (linha azul), o elemento será proporcionalmente dividido em 10 [mm] (linha verde), 5 [mm] (linha amarela) e 2,5 [mm] (linha azul). A menor aresta possível será definida em 2,5 [mm], não podendo reduzir-se mais do que esse valor (estabelecido pelo usuário).

A influência do rezoneamento ou da adaptação da malha no cálculo pode influenciar o resultado final ou a manipulação deste. É importante que sempre seja definido para todas as simulações um limite máximo do uso deste comando e que seja estabelecido um confronto entre o resultado final e o resultado prático obtido, de modo a estabelecer uma regra no confronto e desenvolvimento do plano de Métodos para os processos de estampagem [31].

Figura 6.8: Divisão do Elemento