Influência da variação do módulo de elasticidade na previsão computacional do retorno elástico em aços de alta resistência

Abstract

Resumo: Os aços avançados de alta resistência (AHSS) têm sido uma das apostas da indústria automotiva para reduzir o peso dos veículos e conseqüentemente reduzir o consumo de combustível. Porém, a sua ampla aplicação na indústria automotiva ainda está limitada devido a desafios na conformabilidade, união de chapas, vida de ferramenta e retorno elástico. O retorno elástico é apontado na literatura como o principal problema que compromete a produção em massa de componentes estruturais com esses aços e que até o momento, são poucas as alternativas disponíveis para solucionar o problema. Nos últimos anos ferramentas computacionais de simulação numérica tem sido empregadas no ambiente industrial para auxiliar na previsão da ocorrência do retorno elástico e na definição dos parâmetros adequados para eliminar ou reduzir sua magnitude. Entretanto, a precisão dos resultados numéricos ainda não conseguiu chegar a um nível satisfatório. A limitação na previsão do retorno elástico em aços AHSS por meio de métodos de elementos finitos (MEF) é atribuída à dificuldade de descrever computacionalmente o comportamento mecânico desses aços durante a deformação plástica. A variação do módulo de elasticidade durante a deformação plástica é apontado como um dos principais causadores da não linearidade do comportamento desses aços. Este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento da variação do módulo de elasticidade para melhorar a previsão computacional do fenômeno de retorno elástico na conformação de chapas de aços de alta resistência. O procedimento experimental é divido em partes. Na primeira, é feita a caracterização do comportamento mecânico dos materiais ensaiados. Na segunda, são analisados parâmetros práticos de processo e de ferramenta de embutimento que tenham influência na magnitude do retorno elástico. Na terceira, é analisada a influência de parâmetros computacionais na previsão do retorno elástico. Por fim é proposto um ensaio de dobramento onde a variação do módulo de elasticidade com a deformação plástica é considerada por meio da sub-rotina USDFLD. Nos experimentos práticos foi observada a influencia significativa de alguns parâmetros de processo e de ferramenta na magnitude do retorno elástico. Nos experimentos computacionais foi observada a influência significativa de alguns parâmetros computacionais e a capacidade de melhorar a previsão do retorno elástico por meio da variação do módulo de elasticidade.

Abstract:The advanced high strength steels (AHSS) has become an interesting alternative to automotive industry to reduce vehicle weight and therefore reduce fuel consumption. However, its wide application in the automotive industry is still limited due to challenges in formability, tool life and springback. The springback is pointed in the literature as the main problem that involves the mass production of structural components and there are few alternatives available to solve the problem. In recent years computational tools for numerical simulation has been employed in the industrial environment to help predict the occurrence of springback and defining the appropriate parameters to eliminate or reduce their magnitude. However, the accuracy of the numerical results for AHSS still failed to reach a satisfactory level. The limitation in predicting the springback of AHSS by means of finite element method (FEM) is assigned to computationally difficult to characterize the mechanical behavior of these steels during the plastic strain. The variation of Elastic Modulus during plastic strain is considered as a major cause of non-linearity of the behavior of these steels. This work aims to study the behavior of the degradation of the Modulus of Elasticity with the plastic strain objecting an improvement on the computational prediction of the springback phenomenon of AHSS. The experimental procedure is divided as follows: At first, it was characterized the mechanical response of the materials tested. In the second, it was analyzed the process parameters and forming tools parameters that can show influence in the magnitude of the springback. In the third, it was analyzed the influence of the computational parameters on the prediction of springback. Finally, it is proposed a bending test where the degradation of the Modulus of Elasticity with the plastic strain is considered through the subroutine USDFLD during the simulations. In the experiments we observed a significant influence of some process and tool parameters in the magnitude of the springback. Trough computer experiments were observed significant influence of some numerical parameters, and the computational ability to improve the prediction of springback with the use of the modulus of elasticity variation during simulation.