Autor(es):
Campos, António Gil d'Orey de Andrade 
Data: 2005
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2554
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia mecânica; Ligas de alumínio; Comportamento térmico; Comportamento mecânico
Descrição
Neste trabalho desenvolve-se e implementa-se um modelo matemático
tridimensional conducente à simulação do comportamento térmico e mecânico
das ligas de alumínio. O objectivo é a simulação de processos tecnológicos
que envolvam deformações termomecânicas nestas ligas.
Neste âmbito, introduz-se uma formulação cinemática preparada para
processos em grandes deformações e rotações. Considera-se um modelo
constitutivo termoelástico-viscoplástico baseado num conjunto de variáveis de
estado internas e externas e com o qual é possível modelar os fenómenos de
encruamento e restauração estática e dinâmica do material. Este modelo,
preparado para gamas de temperatura que vão desde a temperatura de
solidificação até à temperatura ambiente, é implementado recorrendo a uma
formulação lagrangeana reactualizada e a um método de integração temporal
semi-implícito.
O comportamento térmico do material é modelado recorrendo a um algoritmo
do tipo previsão-correcção. A fase de previsão é baseada num esquema semi-
-implícito, com o qual é possível determinar uma primeira estimativa para a
configuração final do incremento. A solução semi-implícita é corrigida na fase
de correcção, recorrendo a um esquema implícito do tipo Newton-Raphson. A
solução de acoplamento termomecânico, que envolve a implementação de um
modelo termoplástico, é encontrada recorrendo a uma abordagem staggered.
Desenvolve-se um programa específico, baseado em algoritmos
evolucionários, para a determinação dos parâmetros materiais associados ao
modelo constitutivo. A eficiência do método utilizado, que conduz a resultados
excelentes, é comparada com um método baseado no gradiente.
Realizam-se testes numéricos com o objectivo de validar os modelos e
algoritmos implementados. Descreve-se um ensaio numérico de têmpera de
um sólido de geometria complexa e analisam-se e discutem-se os resultados
obtidos. As simulações efectuadas confirmam o bom desempenho do
programa quer em problemas mecânicos e térmicos quer em problemas com
acoplamento termomecânico.
ABSTRACT: A three-dimensional mathematical model is developed and presented leading
to the simulation of the thermal and mechanical behaviour of aluminium alloys.
The main goal is the simulation of specific technological processes that involve
the thermo-mechanical deformation of aluminium alloys.
A kinematic formulation suitable for large deformations and rotations is
introduced. A thermoelastic-viscoplastic constitutive model is considered based
on a set of internal and external state variables and with which it is possible to
model strain hardening and static and dynamic restoration effects. This model,
prepared for temperature levels that range from the solidification temperature to
room temperature, is implemented with an updated lagrangean formulation and
a forward gradient time integration procedure.
The thermal behaviour of the material is modelled with a prediction-correction
algorithm. The prediction stage is based on a semi-implicit scheme and is used
to determine a first estimate of the final configuration of the increment. This first
solution is then corrected using a Newton-Raphson implicit scheme. A
thermoplastic model is implemented and a staggered approach is adopted for
the solution of the thermo-mechanical coupling problem.
A specific program, based on evolutionary algorithms, is developed in order to
determine the large number of material parameters associated to the
constitutive model. The efficiency of the method developed for this particular
purpose is compared with a gradient based method, leading to excellent
results.
Numerical tests are performed in order to validate the set of implemented
models and algorithms. The numerical simulation of the quenching of a
geometrically complex solid is presented and its results are thoroughly
analysed and discussed. Results from the numerical simulations confirm the
good performance of the program in mechanical, thermal and thermomechanically
coupled problems.
Tipo de Documento
Tese de Doutoramento
Idioma
Inglês
Orientador(es)
Teixeira-Dias, Filipe; Silva, Fernando José Neto da
