Contribuição a simulação númerica da laminação a frio de tiras : modelos de previsão de carga e deflexão do cilindro de trabalho - Nascimento, Willian Costa do (2022)
A simulação numérica tem sido amplamente utilizada nos meios acadêmico e industrial para otimização offline de processos e fenômenos visando obter produtos com características dimensionais cada vez mais restritas. Nesse sentido, a presente dissertação apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de elementos finitos destinados à previsão de carga e deflexão elástica do cilindro de trabalho durante a laminação a frio de tiras. Para tal, foram adotados dados industriais de dois laminadores de cinco cadeiras da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) para a construção de modelos em estado plano de deformação (2D) e em três dimensões (3D). Os materiais da tira metálica têm o grau de um aço CMn para os quais foram realizados ensaios de tração uniaxial na direção de laminação de uma bobina a quente e decapada, a fim de determinar as curvas de encruamento a cada passe do trem de laminação a frio. No modelo 2D, foi analisada a primeira cadeira de laminação assumindose o cilindro de trabalho como corpo rígido por meio de uma superfície analítica. No modelamento 3D, foram adotados dois planos de simetria para descrever os cilindros de encosto e trabalho da última cadeira de laminação assumindose um comportamento isotrópico em elasticidade linear. Em ambos os modelos, o contato é definido pela lei de Coulomb para descrever o atrito entre as superfícies cilindrotira ou cilindrocilindro. Ademais, os valores industriais das tensões a ré e avante são inseridos como condições prescritas dos modelos de elementos finitos. Todas as simulações numéricas foram realizadas com auxílio do código comercial de elementos finitos ABAQUS/Standard que emprega o método implícito de integração. As previsões numéricas do modelo 2D de carga de laminação apresentaram boa concordância com as medidas industriais na primeira cadeira e o valor do modelo offline com base no método dos blocos, sendo possível verificar o efeito do deslocamento do valor máximo da pressão ao longo do arco de contato em virtude da aplicação das tensões a ré e avante. Através deste modelo foi também possível evidenciar as condições que garantem a mordida da tira na laminação a frio assim como, a distribuição da tensão equivalente de von Mises ao longo do arco de contato. Por fim, graças ao refinamento de malha de elementos finitos nas regiões de contato cilindrotira e cilindrocilindro no modelo 3D, foi possível obter um perfil de tensão da tira ao longo da largura com boa concordância entre os valores fornecidos pelo sistema de medição e controle (shapemeter) disponível na saída da última cadeira de laminação