Este documento descreve um estudo virtual de um teste de tração em um corpo de prova cilíndrico de aço SAE 1020 utilizando análise de elementos finitos. O objetivo era determinar qual tipo de malha produziria resultados mais precisos ao simular o teste de tração real de acordo com a norma NBR 6252. Diferentes malhas foram testadas no software Abaqus e a malha com maior refinamento na região de deformação produziu resultados mais próximos aos valores reais, sendo considerada a ideal.

1. TESTE DE TRAÇÃO DE UM AÇO COMUM, VISANDO SUA CAPACIDADE
ELÁSTICA, VIA MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
AUTOR: PAZOTI, E., (ericpazoti@hotmail.com) ; CO-AUTOR ¹: LIMA, D. S., (diegosiqueira@mail.com); CO-AUTOR ²: CAMPOS, M.,
(marcelocamp@gmail.com); ORIENTADOR: CAMARGO, R., (roderlei.camargo@sj.unisal.br)
Centro Universitário Salesiano de São Paulo, Unidade Campinas, Campus São José
Introdução: Visando uma compreensão mais elaborada da Zona Elástica de um
material de aço baixo carbono comum (SAE 1020), o mesmo foi submetido à
um ensaio de tração virtual, utilizando um corpo de prova e análise via método
dos elementos finitos. Sabendo que o grau ao qual uma estrutura se deforma
ou se esforça depende da magnitude da tensão imposta. Para a maioria dos
metais que são submetidos a uma tensão de tração em níveis baixos, são
proporcionais entre si. A aplicação dos carregamentos de cargas e descargas,
via software, foi fielmente reproduzida de acordo como menciona a norma NBR
6252 (2002).
Primeiramente, realizou-se o ensaio de tração em corpo de prova com
diâmetro de 10 mm e comprimento inicial de 72,5 mm (como ilustra a figura 1)
Objetivos: Atendendo a norma padronizada NBR 6252 (2002) para ensaio de
tração em um corpo de prova, para um material de aço comum, espera-se
submeter o corpo de prova ao procedimento do ensaio de tração através de
um estudo virtual por análise estática, explorando o princípio físico de
tensão-deformação, conhecida como a lei de Hooke (conforme ilustra a
figura 2). Com isso, definir qual o melhor tipo de malha a ser empregada em
um teste virtual que valide um teste prático.
Metodologia: Foi empregada uma metodologia com um modelo de prova
virtual para síntese e análise de teste de tração baseada na estática da
mecânica dos sólidos. tendo como solver um software que trabalha com
análises por método dos elementos finitos (FEM). A análise estática teve
como princípio os fundamentos de tensão-Deformação (lei de Hooke). O
estudo foi modelado via Abaqus, usando o recurso axissimétrico (como
mostra a figura 3). Foram reproduzidas as propriedades mecânicas do aço
SAE 1020, aplicadas condições de contorno e carregamentos de cargas e
descargas (tração / compressão), como menciona a norma NBR 6252 (2002).
Discussão dos resultados: Conforme indica as figuras 4 abaixo, nas análises virtuais
foram considerados os dados de malha com: A) e B) elemento quadrangular de
8mm sobre todo o modelo; C) elemento quadrangular de 8mm em transição com
elemento triangular de 1mm na zona de filete; D) elemento quadrangular de
2,2mm sobre todo o modelo; E) e F) elemento quadrangular de 2,2mm em
transição com elemento triangular de 1mm no raio; G) elemento quadrangular de
2,2mm em transição com elemento triangular de 1mm no raio e elementos
quadrangulares de 1mm onde há maior tendência de estricção do material (local
onde sofre ruptura).
A figura 5 mostra a tabela com os resultados gerados no teste de tração virtual de
cada modelo, conforme cada malha apresentada na figura 4.
Referências:
BERTOLDI, E., Análise de ensaio de tração em corpo de prova de aço SAE 1020,
FAHOR, Rio Grande do Sul, 2014
TIMOSHENKO, S. P., Resistência dos Materiais, v.1, LTC, Rio de Janeiro, 1998
POPOV, E. P., Introdução à Mecânica dos Sólidos, Edgard Blücher, São Paulo, 2001
ZIENKIEWICZ, O.C., TAYLOR, R.L. The finite element method - Solid and fluid
mechanics, dynamics and non-linearity, Vol. 2, 4th.ed., McGraw-Hill Int. Ed., 1991
CALLISTER W.D. , Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução, LTC Editora,
2015
ALVES FILHO, A., Elementos Finitos - A Base da Tecnologia CAE, 5º Ed., Erica, São
Paulo, 2012.
Abaqus 6.12 edition. Abaqus/Cae Analysis User’s Manual. Providence, EUA,
Simulia, 2012
Palavras Chave: Teste, Deformação elástica, Método dos Elementos Finitos, Abaqus.
Fonte: Livro: Resistência dos Materiais, v1, pág.53
Figura 2 – Relação entre Tensão-Deformação encontrado por Hooke
Figura 1 – Modelo padrão de Corpo de Prova Cilíndrico
Fonte: NBR 6252 (2002)
Figura 3 – Demonstração de modelamento e Ensaio virtual de um Corpo de
Prova Cilíndrico (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)
Fonte: Acervo do autor
A
B
D F E G
C
Figura 4 – Modelamento das malhas com elementos alternados e elementos de
transição (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)
Fonte: Acervo do autor
Conclusão: Através do teste de simulação de tração virtual, pode-se perceber que
dos casos apresentados, a malha que apresenta melhores resultados, podendo
chegar bem próximo à linha real obtida no teste prático, é a que possui mais
refinamento, contendo elementos quadrangulares de 2,2 mm, além de possuir
transição com elementos triangulares na região do filete e refinamento no local
onde o corpo de prova gera mais fluidez. Neste caso, pode-se considerar essa
malha como ideal, visto que atende o esperado, apresentando o melhor resultado
do teste.
Figura 5– Resultado entre teste de tensão-deformação entre diferentes tipos de
malhas apresentadas
Fonte: Acervo do autor