Um elemento finito 2D com variação parabólica de temperatura na espessura para simulação de transferência de calor aplicado à soldagem

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Darlesson Alves do Carmo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Tecnológico de Aeronáutica
• Palavras-chave em Português: Soldagem a arco; Análise estrutural; Método de elementos finitos; Transferência de calor; Metalurgia; Engenharia mecânica; Engenharia de materiais
• Link de acesso: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=2964

Em diversas áreas da engenharia são encontrados problemas que devem ser analisados sob enfoque térmico. Problemas em que o processo térmico influencia no desempenho, durabilidade e segurança merecem uma análise cuidadosa. O processo de soldagem a arco elétrico é um caso em que o ciclo térmico provoca o aparecimento de indesejáveis tensões residuais. A determinação deste ciclo térmico é o primeiro passo para uma análise termomecânica que permitirá o cálculo das tensões residuais. Este trabalho descreve a formulação de um elemento de transferência de calor 2D com distribuição parabólica de temperatura na espessura, incluindo um procedimento de estabilização. O elemento 2D descrito neste trabalho pode ser usado para realizar análises térmicas de maneira mais econômica do que elementos 3D, especialmente em placas, pois o número de graus de liberdade através da espessura será sempre três. Como aplicação do elemento, um modelo numérico de um processo de soldagem TIG foi desenvolvido baseado em resultados experimentais publicados. O tamanho e a distribuição da fonte de calor, propriedades térmicas dependentes da temperatura, perdas de calor nas superfícies por convecção e calor latente de fusão foram considerados no modelo. Em paralelo, o mesmo processo foi modelado usando o software ANSYS com elementos 3D (SOLID70) para possibilitar a comparação com os resultados numéricos do modelo 2D. Os resultados obtidos com os modelos 2D, 3D e os dados experimentais mostraram boa concordância.