Validação do Modelo de Elementos Finitos 3D/Método dos Blocos para Laminação de Produtos Planos

Abstract

O avanço da tecnologia atual para laminar produtos planos está ligado, entre outros fatores, à capacidade de se produzir chapas finas sem defeitos de planicidade. Para tornar isso possível é imprescindível utilizar modelos capazes de prever a qualidade do produto e comportamento do laminador. Com eles podem-se obter vários dados que ajudam a viabilizar e otimizar a produção através do melhor controle de parâmetros como a carga de contraflexão, geometria do equipamento, posicionamento dos cilindros, aplicação de tração na chapa, entre outros. Os modelos já existentes permitem obter resultados precisos e diversos, porém demandam muitos recursos computacionais. Essa desvantagem é amenizada pelo uso do modelo de Elementos Finitos 3D/Método dos Blocos (modelo híbrido) que demonstra capacidade de obter resultados confiáveis, mesmo com agravantes como a baixa espessura de 0,288 mm da chapa analisada neste trabalho. Isto o torna especialmente útil quando é necessária a realização de diversas simulações, como ocorre em análises de sensibilidade. Contudo, a sua metodologia inovadora necessita de um estudo mais aprofundado. Ela utiliza o modelo de cálculo de carga de laminação de Bland- Ford com o raio corrigido de Hitchcock para calcular a interação entre cilindro e chapa (carga e arco de contato) e depois aplicá-la em uma simulação estática em Elementos Finitos da cadeira de laminação, com a finalidade de calcular o perfil de espessuras da chapa produzida. Este trabalho propõe testar a validade do modelo híbrido, aplicando-o em uma nova simulação na qual os dados de entrada foram obtidos experimentalmente para uma cadeira de laminação a frio quádruo, que produz uma chapa de aço com espessura de final de 0,288 mm. A precisão, consistência e o baixo tempo computacional requerido são avaliados por dois procedimentos: comparação entre o perfil da chapa calculado e o medido experimentalmente; execução de análises de sensibilidade. As várias considerações envolvidas no método de modelagem utilizado são enumeradas e depois testadas quando admitidas como significativas. Diversos aprimoramentos no algoritmo do modelo híbrido são propostos e implementados para cumprir os objetivos citados, destacando-se a compatibilização com a não simetria no plano da chapa. Os programas desenvolvidos são devidamente registrados em um manual de operação. Para a chapa laminada, a coroa (com 𝑗=40 𝑚𝑚) foi de 10,37 μm para a simulação e 8,16 μm para as medições experimentais. Esta diferença pode ter ocorrido devido à imprecisão da medida da carga de contraflexão e de determinadas hipóteses do modelo. O modelo híbrido apresentou consistência e um baixo tempo de execução (≈1,5 horas), mesmo optando por uma malha altamente refinada.