Numerical acquisition of the strain-deformation profile during the passage of heat source in AISI 410, 304L and 430 materials

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i7.4224

Keywords:

Finite elements; Deformation stress profile; Stainless steels.

Abstract

A análise numérica por elementos finitos já se mostrou eficaz em vários problemas de engenharia. Esta pesquisa teve como objetivo adquirir numericamente, através de uma pesquisa experimental de análise numérica por elementos finitos, o perfil de tensão-deformação dos materiais AISI 310, 304L e 430, após ter sofrido uma entrada térmica da fonte de calor. Foi utilizado o software Ansys® Academic 2020 R1, que importou dados da literatura de geometria do material, malhas utilizadas, entrada térmica e propriedades térmicas. Depois disso, os materiais foram ajustados para ter suas propriedades estruturais transitórias. Gerando uma resposta estrutural de deformação à entrada térmica inserida. O perfil tensão-deformação de cada material foi construído de acordo com a tensão máxima obtida, tensões pontuais na geometria do material, tensão máxima obtida e deformações pontuais. Os dados de tensão e deformação máximos foram comparados entre os materiais usando a análise estatística ANOVA com o teste de Tukey. Os resultados mostraram a possibilidade de análise estrutural após carga térmica com as condições de contorno adotadas, utilizando o método dos elementos finitos. O teste estatístico mostrou que os três materiais estudados apresentaram diferenças significativas para tensão máxima e tensão máxima para p <0,05. A deformação dos materiais apresentou perfis convergentes com a literatura experimental e numérica. A pesquisa mostra uma metodologia com possível continuidade, pesquisando a formação de microestruturas e / ou sendo utilizada em outros materiais. Os resultados mostraram a possibilidade de análise estrutural após carga térmica com as condições de contorno adotadas, utilizando o método dos elementos finitos. O teste estatístico mostrou que os três materiais estudados apresentaram diferenças significativas para tensão máxima e tensão máxima para p <0,05. A deformação dos materiais apresentou perfis convergentes com a literatura experimental e numérica. A pesquisa mostra uma metodologia com possível continuidade, pesquisando a formação de microestruturas e / ou sendo utilizada em outros materiais. Os resultados mostraram a possibilidade de análise estrutural após carga térmica com as condições de contorno adotadas, utilizando o método dos elementos finitos. O teste estatístico mostrou que os três materiais estudados apresentaram diferenças significativas para tensão máxima e tensão máxima para p <0,05. A deformação dos materiais apresentou perfis convergentes com a literatura experimental e numérica. A pesquisa mostra uma metodologia com possível continuidade, pesquisando a formação de microestruturas e / ou sendo utilizada em outros materiais. A deformação dos materiais apresentou perfis convergentes com a literatura experimental e numérica. A pesquisa mostra uma metodologia com possível continuidade, pesquisando a formação de microestruturas e / ou sendo utilizada em outros materiais. A deformação dos materiais apresentou perfis convergentes com a literatura experimental e numérica. A pesquisa mostra uma metodologia com possível continuidade, pesquisando a formação de microestruturas e / ou sendo utilizada em outros materiais.

Author Biography

Rafael Leandro Fernandes Melo, Instituto Federal do Ceará

Doutorando em Engenharia de Materiais - Universidade Federal do Ceará.

Professor da área de mecânica e materiais - Instituto Federal do Ceará

References

Almeida, D. F. F. D. (2012). Determinação das tensões residuais e deformações resultantes do processo de soldadura TIG através do Método dos Elementos Finitos (Doctoral dissertation, Faculdade de Ciências e Tecnologia).

Alves Filho, A. (2018). Elementos Finitos–A base da tecnologia CAE. Editora Saraiva.

Antunes, J. (2009). Sistemas de produção: conceitos e práticas para projetos e gestão da produção enxuta. Bookman Editora.

Ansys® Academic (2020). (Research Mechanical, 2020 R1). [Software]. Canonsburg City, PA, EUA. Retrieved 20 Maio, 2020, from https://www.ansys.com/academic/free-student-products.

Arregui Mena, J. D., Worth, R. N., Hall, G., Edmondson, P. D., Giorla, A. B, & Burchell, T. D. (2020). A Review of Finite Element Method Models for Nuclear Graphite Applications. Archives of Computational Methods in Engineering, 27(1), 331-350.

Askeland, D. R., & Wright, W. J. (2019). Ciência e Engenharia dos Materiais. Ed. Cengage.

Bajaj, P., Hariharan, A., Kini, A., Kürnsteiner, P., Raabe, D., & Jägle, E. A. (2020). Steels in additive manufacturing: A review of their microstructure and properties. Materials Science and Engineering: A, 772, 138633.

Bauchau, O. A., Craig, J. I. (2009). Structural Analysis with Applications to Aerospace Structures. London. Ed. Springer.

Campoccia, D., Montanaro, L., & Arciola, C. R. (2013). A review of the biomaterial’s technologies for infection-resistant surfaces. Biomaterials, 34(34), 8533-8554.

Dehestani, H., Ordokhani, Y., & Razzaghi, M. (2020). Numerical Technique for Solving Fractional Generalized Pantograph-Delay Differential Equations by Using Fractional-Order Hybrid Bessel Functions. International Journal of Applied and Computational Mathematics, 6(1), 1-27.

Faria, D. P. (2020). Análise mecânico-estrutural de uma vareta de combustível de aço inoxidável sob condições de ensaio de arrebentamento (Doctoral dissertation, Universidade de São Paulo).

Hupsel, A. L., Borges, C. P., Barbosa, G. M., & Gonzalez, N. Y. (2020). Combinação de processos com membranas para remoção de sulfato da água do mar para injeção em reservatórios de petróleo. Engenharia Sanitaria e Ambiental, 25(2), 403-412.

Jia, B., Rusinek, A., Pesci, R., Bahi, S., & Bernier, R. (2020). Thermo-viscoplastic behavior of 304 austenitic stainless steel at various strain rates and temperatures: Testing, modeling and validation. International Journal of Mechanical Sciences, 170, 105356.

Kate, A. J., & Jadhav, S. V. (2020). Analysis of Fillet Weld Used for Structural Support in Offshore Industry. In Techno-Societal 2018 (pp. 789-799). Springer, Cham.

Lima, D. M., & López-Yánez, P. A. (2020). Elastic dynamics analysis in steel tubular towers for horizontal axis wind turbines. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 36(1).

Lotti, R. S., Machado, A. W., Mazzieiro, Ê. T & Landre Jr, J. (2006). Aplicabilidade científica do método dos elementos finitos. Revista Dental Press de Ortodontia e Ortopedia Facial, 11(2), 35-43.

Madenci, E., & Guven, I. (2015). The Finite Element Method and Applications in Enginnering Using ANSYS®. London. Ed. 2°. Springer.

Melo, R., Maia, A., Rocha Junior, D., Carvalho, A., Silva, F., Queiroz, P., & Souza, I. (2020). Numerical obtaining of the thermal profile during the passage of the heat source in the materials AISI 410, 304L and 430. Research, Society and Development, 9(7), e63973884.

Norton, R. L. (2013). Projeto de Máquinas: uma abordagem integrada. Porto Alegre. Ed. 4°. Bookman.

Paiva Silva, A., Cândido, L. C., Trindade, V. B., & Dornelas, P. H. G. (2020). Análise dos efeitos dos tratamentos térmicos de têmpera e particionamento, na microestrutura e propriedades mecânicas de três aços C-MN de aplicação API. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, 16(4), 504-511.

Pereira, A. S. et al. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [e-book]. Santa Maria. Ed. UAB/NTE/UFSM.

Pires, A. L. R., Bierhalz, A. C., & Moraes, Â. M. (2015). Biomateriais: tipos, aplicações e mercado. Química nova, 38(7), 957-971.

Pontes, E. A. S. (2019). A linguagem universal: Matemática suas origens, símbolos e atributos. Revista Psicologia & Saberes, 8(12), 181-192.

Porter, D. A., Easterling, K. E., & Sherif, M. Y. (2009). Phase Transformations in Metals and Alloys. Ed. CRC Press.

Schijve, J. (2009). Fatigue of Structures and Materials. London. Ed 2º. Springer.

Shitsuka, R. (2005). Sistema de informação: um enfoque computacional. Rio de Janeiro. Ed. Ciência Moderna.

Singh, G., Saxena, R. K., & Pandey, S. (2020). An examination of mechanical properties of dissimilar AISI 304 stainless steel and copper weldment obtained using GTAW. Materials Today: Proceedings.

Tavares, T. B., Porcaro, R. R.., Cândido, L. C, Faria, G. L. & Dâmaso, H. V. (2020). Desenvolvimento de dispositivo de baixo custo para mecanização da soldagem GTAW e sua aplicação em estudo de solidificação de aço ABNT 430. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, 17(1), 13-22.

Ueda, Y., Murakawa, H., & Ma, N. (2012). Welding deformation and residual stress prevention. Ed. Elsevier.

Vafajou, B., Dias-Da-Costa, D., Bitencourt, L. A. G., & Manzoli, O. L. (2020). Coupling Finite Elements for Modelling Fluid Flow in Fractured Porous Media. In ACMSM25 (pp. 361-371). Springer, Singapore.

Venkateswarlu, K, Kumar, P. N., & Ravikumar, P. S. (2018). Finite Element Simulation of Temperature Distribution, Distortion and Residual Stresses of Dissimilar Welded Joints. Materials Today: Proceedings, 5(5), 11933–11940.

Wei, Z., Jin, H., & Chen, G. (2020). Traction structural stress analysis of fatigue behaviors of girth butt weld within welded cast steel joints. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 179, 104027.

Yang, X., Ouyang, H., Guo, X., & Li, D. (2020). Finite Element Modelling and Damage Detection of Seam Weld. In Proceedings of the 13th International Conference on Damage Assessment of Structures (pp. 51-62). Springer, Singapore.

Zhou, H., Zhang, Q., Yi, B., & Wang, J. (2020). Hardness prediction based on microstructure evolution and residual stress evaluation during high tensile thick plate butt welding. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 12, 146–156.

Zhu, X. K., & Chao, Y. J. (2002). Effects of temperature-dependent material properties on welding simulation. Computers & Structures, 80, 967–976.

Published

13/05/2020

How to Cite

MELO, R. L. F.; SOUZA, I. C. da C.; MAIA, A. da S.; SILVA, F. M. da; QUEIROZ, P. R.; ROCHA JUNIOR, D. da; CARVALHO, A. C. B.; FERNANDES, J. P. C.; LIMA, J. F. V.; QUEIROZ, L. P. de O. Numerical acquisition of the strain-deformation profile during the passage of heat source in AISI 410, 304L and 430 materials. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 7, p. e286974224, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i7.4224. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/4224. Acesso em: 19 apr. 2024.

Issue

Section

Engineerings