Influência da variabilidade da espessura no ensaio hidráulico de expansão biaxial

Abstract

A estampagem de chapas metálicas é um processo fundamental na indústria, permitindo a fabricação de uma ampla gama de produtos essenciais em diversos setores. Em Portugal, a estampagem desempenha um papel importante na economia, principalmente no setor automotivo, contribuindo significativamente para o PIB do país. A análise e compreensão das propriedades mecânicas do material utilizado são essenciais para garantir a qualidade e eficiência desses processos. No entanto, a análise do processo de estampagem é complexa devido a vários fatores, como as grandes deformações plásticas, a geometria complexa das ferramentas e a anisotropia do material.Nesse contexto, o método dos elementos finitos (MEF) é comumente utilizado para simular o processo de estampagem e prever resultados, auxilia na prevenção de falhas e no aumento da eficiência do processo. Para uma simulação precisa, é crucial conhecer as propriedades do material com precisão. Nesse sentido, os ensaios biaxiais desempenham um papel importante na determinação das propriedades do material, permitindo a análise do comportamento do material sob diferentes níveis de tensão e deformação.Este trabalho foca-se no ensaio hidráulico de expansão biaxial em matrizes circulares, conhecido como ensaio bulge, como uma ferramenta essencial para estudar comportamentos mecânicos em solicitações biaxiais. O ensaio bulge consiste na aplicação de pressão hidráulica interna numa chapa metálica presa por um cerra-chapas, resultando numa expansão controlada conhecida como bulge. Uma das principais vantagens desse ensaio é sua capacidade de provocar grandes deformações e criar estados de tensões biaxiais que representam condições reais de conformação.O objetivo desta dissertação é avaliar a influência da variabilidade da espessura nos resultados do ensaio bulge, especialmente em relação à tensão biaxial, evolução da espessura, razão de tensões e deformações e raio de curvatura. A análise é realizada para quatro materiais com diferentes comportamentos mecânicos, com o intuito de identificar quais materiais são mais propensos a serem influenciados pela variabilidade da espessura. O Método dos Elementos Finitos é utilizado como ferramenta para a análise pretendida

Sheet metal stamping is a fundamental process in industry, enabling the manufacture of a wide range of essential products in various sectors. In Portugal, stamping plays an important role in the economy, mainly in the automotive sector, contributing significantly to the country's GDP. The analysis and understanding of the mechanical properties of the material used are essential to ensure the quality and efficiency of these processes. However, the analysis of the stamping process is complex due to several factors, such as the large plastic deformations, the complex geometry of the tools and the anisotropy of the material.In this context, the finite element method (FEM) is commonly used to simulate the stamping process and predict results, helps in preventing failures and increasing process efficiency. For an accurate simulation, it is crucial to know the material properties precisely. In this sense, biaxial tests play an important role in determining the material properties, allowing the analysis of the material behavior under different levels of stress and strain.This paper focuses on the hydraulic biaxial expansion test on circular dies, known as bulge test, as an essential tool to study mechanical behaviour in biaxial stresses. The bulge test consists in the application of internal hydraulic pressure in a metal plate held by a blankholder, resulting in a controlled expansion known as bulge. One of the main advantages of this test is its ability to cause large deformations and create biaxial stress states that represent real forming conditions.The objective of this dissertation is to evaluate the influence of thickness variability on the bulge test results, especially in relation to biaxial stress, thickness evolution, stress-strain ratio and bending radius. The analysis is performed for four materials with different mechanical behaviour, in order to identify which materials are more likely to be influenced by thickness variability. The Finite Element Method is used as a tool for the intended analysis.