Nesta fase já foram analisados todos os ensaios individualmente e em conjunto. De modo a resumir os resultados de todos os ensaios desenvolvidos, apresenta-se na Tabela 4.25 um resumo que vem quantificar as conclusões já retiradas.
Tabela 4.25-Resumo dos resultados de todos os ensaios elaborados.
Ensaio T0 [mm] T1 [mm] Primeiro pico de Carga (Z) [N] Pico Máximo (Z) [N] Pico Máximo (Y) [N] Pico Máximo (X) [N] Carga Média (Z) [N] Energia libertada [J] LR201301 1,613 2,742 1740 2239 0 0 1552 1294 LR201302 1,680 2,000 1441 1542 462 30 1268 1110 LR202401 2,800 3,920 2418 3010 -31 -54 2335 2165 LR202402 1,195 3,187 1564 1962 455 -15 1554 1382 LR3013 0,934 2,451 3855 3840 268 33 1960 1902 LR3024 1,992 2,930 3566 3728 -224 -2 2525 2370 LT201301 1,940 2,537 2209 2786 0 0 2136 2043 LT201302 0,887 2,419 1844 2638 823 -1 2152 1874 LT202401 2,097 3,468 2476 3032 151 70 2487 2040 LT202402 2,410 4,096 2224 2362 682 -9 2044 1750 LT3013 1,786 2,738 2257 3648 -719 -6 2778 2622 LT3024 2,490 3,913 3720 4676 -557 10 3608 3056 RL201301 0,625 2,344 556 547 25 14 172 26 RL201302 1,401 2,646 507 488 71 -4 211 195 RL202401 2,568 3,346 677 625 17 4 262 235 RL202402 1,946 2,646 756 702 4 -27 156 22 RL3013 1,853 3,127 876 860 26 -18 235 48 RL3024 2,126 4,370 948 912 -13 -5 234 24 RT201301 1,551 3,020 263 376 20 -25 100 76 RT201302 1,633 2,122 314 294 -13 -3 54 30 RT202401 2,756 3,465 396 406 148 24 81 61 RT202402 2,972 3,695 479 475 159 0 125 128 RT3013 1,423 2,964 750 707 -17 -23 185 227 RT3024 1,779 4,032 738 709 -12 -49 173 112
Com a análise dos resultados experimentais foi possível compreender o fenómeno de corte e retirar várias conclusões.
Os sistemas de propagação desempenham um papel crucial no comportamento da madeira quando submetida ao corte. Os sistemas em que a direção principal de propagação é a longitudinal caracterizam-se por darem origem a cortes instáveis e com forças de corte mais
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elevadas durante longos períodos de tempo. Devido a estes fatores, os provetes sofrem grandes arrancamentos de material resultando em superfícies defeituosas.
Quanto aos sistemas RL e RT, caracterizam-se por forças de corte reduzidas assim como os seus tempos de atuação nos provetes. Isto potencia desgastes de ferramentas reduzidos, ainda assim o sistema RL apresenta algumas vantagens face ao sistema RT. O sistema RT apresenta cursos de lâmina instáveis devido a questões anatómicas características dos eixos em que se encontra orientado. Isto faz com que esporadicamente os provetes nesta direção sejam complementados com maus acabamentos e defeitos na peça cortada. De salientar que em todos os sistemas de propagação, quando as secções do provete foram aumentadas, as forças apresentaram valores mais elevados.
Relativamente aos parâmetros geométricos, foi possível verificar que estas ganham preponderância quando as secções dos provetes são aumentadas. Contrariamente, quando os provetes são de dimensões reduzidas, a influência destes parâmetros diminui. Recorrendo à análise individual dos ensaios, foi possível verificar também, que parâmetros geométricos de corte mais elevados proporcionam maiores arrancamentos de material.
Capítulo 5
5. Simulação Numérica do Corte Ortogonal
5.1. Introdução
Neste estudo, o foco principal resume-se ao trabalho experimental, no entanto, evoluiu-se ao máximo o capítulo numérico no sentido de perceber qual a qualidade dos resultados que as ferramentas computacionais podem trazer para a análise destes problemas de maquinagem. Quando bem-sucedido, a réplica destes fenómenos alavanca a análise em escala dos demais processos, permitindo, deste modo, avaliar uma panóplia de condições que jamais seria possível experimentalmente.
Para o desenvolvimento da simulação por elementos finitos utilizou-se a versão 17 do software Ansys Mechanical pertencente à empresa Ansys Inc. Esta ferramenta foi complementada com um algoritmo em Matlab capaz de replicar automaticamente os ensaios experimentais elaborados. O software Ansys é complementado com vários tipos de análise, possibilitando a simulação numérica de problemas estruturais, fluídos, transferência de calor, entre outras. Cada tipo de análise referida tem a possibilidade de ser realizada numa abordagem implícita ou explícita, sendo a abordagem implícita mais comum em simulações quasi-estáticas e as explícitas em simulações de problemas dinâmicos. A simulação de um processo de corte é um problema dinâmico pelo que tipicamente é simulado com base em análises explícitas que carecem de timesteps pequenos, representando assim um custo computacional elevado. No entanto, no estudo experimental realizado foram mantidas constante as velocidades de corte. Tendo em conta estes aspetos e a experiência existente nas simulações implícitas quasi-estáticas recorrendo a modelos de dano coesivo, decidiu-se realizar um estudo numérico preliminar recorrendo a uma abordagem implícita quasi-estática. Optou-se por estas condições de análise pelo facto de este trabalho estar ainda numa fase exploratória. Nesse sentido, considerou-se importante abordar o problema de uma forma pragmática e num campo onde existe mais
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competências por parte dos intervenientes. Sabe-se de antemão que a simulação do destacamento da apara é um processo que numa análise quasi-estática cria uma indeterminação levando à impossibilidade de convergência da simulação. Assim, as simulações serão conduzidas até ao limite de convergência da simulação que coincidirá com a formação e separação da apara.
Como observado anteriormente na análise dos resultados experimentais, os ensaios de corte segundo os sistemas RL e RT são os mais suscetíveis de produzir superfícies maquinadas lisas com aparas contínuas e integrais. O processo de corte aproxima-se, nestes casos, de um ensaio de fratura com pouca deformação plástica associada, pelo que o uso de modelos de dano coesivo pode ser uma boa opção para a simulação do processo de maquinagem. Quando o plano de corte é perpendicular à direção longitudinal (sistemas LR e LT), a zona de fratura tem uma tendência natural para se desviar da trajetória da ferramenta explorando zonas mais frágeis da madeira. Nestes casos o processo de fratura ocorre em múltiplas localizações e é motivado por tensões de corte e normais, as últimas geradas por esforços de flexão. Para além destas características, estes modos de rotura surgem associados a elevadas deformações plásticas do material. A simulação destes últimos processos de corte requer a modelação da mesoestrutura da madeira e a utilização de modelos de dano coesivo que teria que prever a possibilidade de múltiplas trajetórias das fendas de fratura. Nesta fase do estudo do corte ortogonal, optou-se por simplificar o modelo analisando-se exclusivamente os sistemas de propagação RL e RT e explorando a utilização simplificada dos modelos de dano coesivo com apenas uma possibilidade de propagação da fenda de fratura.
Assim, este capítulo visa analisar o modelo de elementos finitos, detalhando, todas as condições estipuladas e os respetivos resultados da simulação numérica. Posteriormente, uma análise à influência de alguns parâmetros no modelo é realizada. Por último efetuou-se uma comparação entre o modelo numérico e os resultados experimentais e uma discussão dos resultados obtidos.