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Previsão do gradiente térmico e dimensões do cordão de solda no processo de soldagem GMAW: abordagem numérica e experimental

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Schauenberg, Aquiles da Silva
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300001brm6
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Mecânica
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/33825
Resumo: The objective of this work is to compare different numerical models already used in the literature and develop a new application to predict the thermal gradient generated by GMAW welding in a "T" joint, reconciling the potential of each model. This more comprehensive approach aims to improve the computational processing time of the model while also providing more accurate results for the fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ). The numerical models were created using the finite element method (FEM), where the first model represents the welding process through a volumetric heat flow, presented in this study as Goldak's double ellipsoid. The geometry and intensity of the flow were implemented in the software through the DFLUX subroutine. For the second model, a deactivation or activation method of elements with prescribed temperatures was used. Finally, the new model is created by combining the strengths of the previous ones. Additionally, a comparison is made for the new proposed model regarding different starting points for the volumetric heat flow, showing a significant impact on the temperature gradient and processing time. The results indicate that the proposed new model has better agreement between the temperature distribution along the plate and the shape of the fusion zone, as well as improved processing time. Furthermore, an artificial neural network (ANN) is developed to predict the geometric parameters of the weld bead, aiming to reduce preliminary experimental tests to identify the geometric parameters of the heat source. The ANN is trained using 34 prior experimental data, with the input data being the process parameters: wire feed, voltage, current, and welding speed. The output data considered are the geometric parameters of the weld bead: leg length and penetration. The ANN uses the scaled conjugate gradient backpropagation algorithm. The other parameters of the weld bead are found trigonometrically through the values predicted by the ANN. The results demonstrate that the neural network is capable of predicting the geometry of the weld bead within a specific range of input parameters, with an average error of 10.74%.
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This more comprehensive approach aims to improve the computational processing time of the model while also providing more accurate results for the fusion zone (FZ) and heat-affected zone (HAZ). The numerical models were created using the finite element method (FEM), where the first model represents the welding process through a volumetric heat flow, presented in this study as Goldak's double ellipsoid. The geometry and intensity of the flow were implemented in the software through the DFLUX subroutine. For the second model, a deactivation or activation method of elements with prescribed temperatures was used. Finally, the new model is created by combining the strengths of the previous ones. Additionally, a comparison is made for the new proposed model regarding different starting points for the volumetric heat flow, showing a significant impact on the temperature gradient and processing time. The results indicate that the proposed new model has better agreement between the temperature distribution along the plate and the shape of the fusion zone, as well as improved processing time. Furthermore, an artificial neural network (ANN) is developed to predict the geometric parameters of the weld bead, aiming to reduce preliminary experimental tests to identify the geometric parameters of the heat source. The ANN is trained using 34 prior experimental data, with the input data being the process parameters: wire feed, voltage, current, and welding speed. The output data considered are the geometric parameters of the weld bead: leg length and penetration. The ANN uses the scaled conjugate gradient backpropagation algorithm. The other parameters of the weld bead are found trigonometrically through the values predicted by the ANN. The results demonstrate that the neural network is capable of predicting the geometry of the weld bead within a specific range of input parameters, with an average error of 10.74%.O objetivo deste trabalho é comparar diferentes modelos numéricos já utilizados na literatura e desenvolver uma nova aplicação para prever o gradiente térmico gerado pela soldagem GMAW em uma junta tipo "T", conciliando as potencialidades de cada modelo. Essa abordagem mais completa visa melhorar o tempo computacional de processamento do modelo além de trazer resultados mais acurados da zona fundida (ZF) e zona termicamente afetadas (ZTA). Os modelos numéricos foram criados utilizando o método dos elementos finitos (MEF), onde o primeiro representa a soldagem por meio de um fluxo de calor volumétrico, apresentado neste estudo como o duplo elipsoide de Goldak. A geometria e a intensidade do fluxo foram implementadas no software Abaqus por meio da sub-rotina DFLUX. Para o segundo modelo, utilizou-se o método de desativação ou ativação de elementos com temperaturas prescritas. Por fim, o novo modelo é criado unindo as potencialidades dos anteriores. Além disso, para o novo modelo proposto é realizada uma comparação entre diferentes pontos de início para o fluxo de calor volumétrico, mostrando que há significativo impacto no gradiente de temperaturas e tempo de processamento. Os resultados indicam que o novo modelo proposto tem uma melhor concordância entre a distribuição de temperaturas ao longo da chapa e formato da zona fundida, além de uma melhora no tempo de processamento. Além disso, é desenvolvida uma rede neural artificial (RNA) para prever os parâmetros geométricos do cordão de solda, com intuito de reduzir testes experimentais prévios para identificar dimensões da fonte de calor. A RNA é treinada usando 34 dados experimentais prévios, sendo os dados de entrada os parâmetros de processo: velocidade de alimentação do arame, tensão, corrente e velocidade de soldagem. Os dados de saída considerados são os parâmetros geométricos do cordão de solda: perna horizontal e penetração. A RNA utiliza o algoritmo de retro propagação de gradiente conjugado escalado. Os demais parâmetros do cordão de solda são determinados trigonometricamente através dos valores previstos pela RNA. Os resultados demonstram que a rede neural é capaz de prever a geometria do cordão de solda dentro de uma faixa específica de parâmetros de entrada, com um erro médio de 10.74%.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia MecânicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaCentro de TecnologiaTonatto, Maikson Luiz Passaiahttp://lattes.cnpq.br/1639513829733095Almeida, Diego Tolotti deScheuer, Cristiano J.Clarke, Thomas Gabriel RosauroSchauenberg, Aquiles da Silva2025-01-17T11:32:29Z2025-01-17T11:32:29Z2024-11-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/33825ark:/26339/001300001brm6porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-01-17T11:32:29Zoai:repositorio.ufsm.br:1/33825Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-01-17T11:32:29Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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