Figura 5.6 Pico de deformação da barra central para o modelo de material P920, ao tempo de 25 s, com aumento das deformações de 10x. Modelo de Três Barras. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita;
c) Vista posterior; d) Vista lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em mm.
No início do resfriamento, as barras laterais passam a restringir a contração da barra central. Por consequência, a tensão antes compressiva aplicada sobre a barra central, rapidamente passa para um estado de tração, efetivamente reduzindo a deformação da barra central, como apresentado na Figura 5.7.
Figura 5.7 Retração da deformação com o continuamento do resfriamento na barra central para o modelo de material P920, ao tempo de 33 s, com aumento das deformações de 10x. Modelo de Três
Barras. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita; c) Vista posterior; d) Vista lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em mm.
Com a continuidade do resfriamento, o estado de tração passa a aumentar até seu estado final. Os resultados das tensões residuais normais ao eixo Y assim como uma representação das deformações para as diferentes Tp podem ser observados nas Figura 5.8 à Figura 5.11.
Figura 5.8 Estado final de tensões no Modelo de Três Barras para o modelo de material P920, com aumento das deformações de 10x. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita; c) Vista posterior; d) Vista
lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em MPa.
Figura 5.9 Estado final de tensões no Modelo de Três Barras para o modelo de material P1150, com aumento das deformações de 10x. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita; c) Vista posterior; d) Vista
lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em MPa.
Figura 5.10 Estado final de tensões no Modelo de Três Barras para o modelo de material P1300, com aumento das deformações de 10x. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita; c) Vista posterior; d) Vista
lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em MPa.
Figura 5.11 Estado final de tensões no Modelo de Três Barras para o modelo de material PCTE, com aumento das deformações de 10x. a) Vista frontal; b) Vista lateral direita; c) Vista posterior; d) Vista
lateral esquerda; e) Vista isométrica. Escala em MPa.
Analisando os estados finais das simulações, algumas considerações podem ser feitas. Como esperado, as três barras no experimento apresentaram tensões desprezíveis no sentido X e Z. Um ponto a ser destacado: os suportes transversais sofreram uma pequena rotação e deflexão, porém sem que ocorresse uma translação de suas posições iniciais em relação a seu estado final. Tais condições foram aceitas devido a uma questão de convergência dos resultados. Evidenciando que a condição
de imobilização aplicada foi eficaz sem interferir na transferência de forças nos modelos. Também pôde ser observado que a aplicação dos flanges promoveu uma redistribuição gradual das tensões entre as barras e os suportes transversais, evitando tensões excessivas que poderiam levar a uma falha da convergência da simulação.
Outro dado relevante foi que o aumento das temperaturas de Ms e Mf de cada um dos modelos de material, acarretou um aumento da deformação observada nos estados finais, porém o Modelo PCTE apresentou uma deformação intermediária, os valores de deformação podem ser observados na Tabela 5.5.
Tabela 5.5 Deformações máxima e final para os diferentes modelos de material aplicados ao Modelo de Três Barras.
Para a análise dos estados de tensão final observados nas simulações dos Modelos de Três Barras, os valores absolutos dos oito elementos mais centrais da barra central foram considerados (Figura 5.12). Essa consideração foi feita principalmente pela inconsistência da localização dos pontos de tensão máximas e mínimas ao longo da barra central, tornando difícil uma avaliação consistente. O desenvolvimento dos estados de tensão durante o resfriamento para os diferentes modelos de material pode ser visualizado na Figura 5.13.
Figura 5.12 Elementos centrais escolhidos para monitoramento do desenvolvimento de tensões na barra central no Modelo de Três Barras.
Modelo de material PCTE P920 P1150 P1300 Deformação máxima (mm) 2,9042 2,2418 2,3492 2,7380 Deformação final (mm) 1,0146 0,7200 0,7507 0,8286
Figura 5.13 Evolução dos valores máximos de tensão para os elementos centrais da barra central;
tração (+) e compressão (-).
Analisando os resultados de cada modelo de material, no Modelo PCTE, as tensões alcançam um valor máximo de 1236,3 MPa, apresentando uma curva constantemente crescente durante o resfriamento. Por outro lado, para os modelos nos quais se considera a transformação martensítica, observam-se “vales” que se iniciam próximos à marca de 45 segundos, que coincidem com as temperaturas de Ms e Mf de cada um dos modelos de materiais. Essas seções atuam como um ponto temporário de alívio de tensões no material, resultando em valores progressivamente menores de tensão final com a diminuição dos valores de Ms. Os valores finais são 1217,7 MPa, 1155,8 MPa e 1139,7 MPa, respectivamente, para os materiais P1300, P1150 e P920.
Esses resultados refletem a discussão levantada por Francis et al. (2019), que mostram que caso a transformação martensítica seja concluída antes do final do resfriamento, pode ocorrer uma contração adicional do corpo, levando a um aumento da tensão de tração, fato observado nos resultados da simulação e atribuído aos altos valores de Ms do aço utilizado como base para os valores do coeficiente de expansão.
Assim, conforme mostrado por Francis et al. (2019) e Chen et al. (2015) em estudo sobre tensões residuais para metais de adição com baixa temperatura de transformação, materiais com menor Ms podem trazer maiores benefícios na redução das tensões residuais.
Os resultados dos Modelos de Três Barras reforçam os resultados de estudos como os de Lee e Chang (2011), Deng (2009) e Deng e Murakawa (2006) reiterando a
-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tensão Normal em Y (MPa)
Tempo (s)
P1300 P1150 P920 PCTE
necessidade de considerar as transformações de fase, especialmente a transformação martensítica, para descrever com precisão as tensões residuais pós- soldagem em aços ARBL com alta temperabilidade.
5.3 Modelo Termomecânico de Chapa