analise das tensões residuais em tubos

7/25/2019 Analise Das Tenses Residuais Em Tubos

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PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Autor

Analise das tenses residuais e tu!"stre#ilad"s de a$" in"% A&N' ()*

So Joo Del Rei, 2010


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Nome do Autor


Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado daUniversidade Federal de So Joo delRei, !omore"uisito para a o#teno do t$tulo de Mestre em%n&en'aria Me!(ni!a

)rea de Con!entrao* Materiais e pro!essos deFa#ri!ao

+rientador*Coorientador*

So Joo Del Rei, 2010


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FC-A CA.A/+R)FCA %/A+RADA %/A /+.%CA

F334pFreitas, Jos5 da Silva.$tulo 6 Jos5 Joo daSilva 7So Joo del Rei, M* 8s9n9:, 20109

+rientador*Dissertao6.ese Universidade Federal de

So Joo del Rei9

19 29 ;9 49 9 , 9 9 UniversidadeFederal de So Joo del Rei9 9 .$tulo9

.itulo em n&l


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PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

DISSER'AO DE MES'RADO


Aut"r++rientador*Coorientador*

A an!a %=aminadora !omposta pelos mem#ros a#ai=o aprovou esta Dissertao*

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Pr"# Dr Pedr" Pedra Pedreira . PresidenteInstitui$/"

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Pr"# Dr Mari" Maria arian"Institui$/"

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Pr"# Dr Hu!ert" Hu!ral d" &rasilInstitui$/"

So Joo del Rei, 14 de setem#ro de 2010


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Dedi!o este tra#al'o @ min'a "uerida esposa e ao meu amado pai9


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A0rade1ient"s

%ste tra#al'o no poderia ser terminado sem a auda de diversas pessoas @s

"uais presto min'a 'omena&em*

Aos meus pais pelo in!entivo em todos os momentos da min'a vida9

Ao meu orientador, "ue me mostrou os !amin'os a serem se&uidos9A todos os pro>essores e !ole&as, "ue audaram de >orma direta e indireta

na !on!luso deste tra#al'o9


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B&ina de %p$&ra>e

Mais vale um pssaro na mo quedois voando


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Resu"

%lementos tu#ulares "ue apresentem tensEes residuais !ompressivas na parede

interna poderiam vir a ser utiliados !omo !omponentes me!(ni!os resistentes @

tensEes !$!li!as de toro e >le=o9 %ste tra#al'o tem por o#etivo propor um !onunto

de >erramentas "ue induam tais tensEes residuais !ompressivas na parede interna dos

tu#os tre>ilados de Ao no= AN. ;04, simultaneamente, reduindo o es>oro de

tre>ilao ne!essrio e, tam#5m propEe m5todos indiretos para a determinao destas

tensEes residuais, uma ve "ue o m5todo !onven!ional de medio por di>rao de

raios= e=i&e uma super>$!ie plana para sua e=e!uo9 ara a e=e!uo deste tra#al'o>oram >eitas simulaEes da tre>ilao de tu#os atrav5s de modelos !riados por meio de

m5todos anal$ti!os e do M5todo dos %lementos Finitos9 %nsaios e=perimentais da

tre>ilao de tu#os !om plu&s >i=os onde se variou o lu#ri>i!ante, a velo!idade de

tre>ilao e o tipo de lu#ri>i!ao tam#5m >oram e=e!utados9 +s resultados o#tidos nos

ensaios e=perimentais >oram !omparados aos o#tidos nas simulaEes para validar

a"ueles modelos9 %stes resultados mostraram "ue se pode empre&ar o m5todo

proposto para a determinao das tensEes residuais e "ue o !onunto de >erramentas

empre&ado >oi e>i!iente na reduo da >ora de tre>ilao e na induo de tensEes

residuais !ompressivas na parede interna dos tu#os tre>ilados

Palavras Chave:.ensEes residuais, Ao ino=, tre>ilao, lu#ri>i!ao, anlise num5ri!a


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A!stra1t

.u#ular !omponents t'at present !ompressive residual stresses in t'eir inner sur>a!e!an #e used as me!'ani!al parts to improve t'eir resistan!e to torsion and #endin&

!G!1i! stresses9 .'e main o#e!tive o> t'is HorI is to desi&n a !old draHin& tool set to

&enerate t'ese !ompressive residual stresses Hit'in AN. ;04 stainless steel tu#es,

and !on!urrent1G redu!e t'e draHin& loads9 .'is HorI also presents an indire!t

e=perimental pro!edure to determine t'ese residual stresses, sin!e t'e !onventional =

raG di>>ra!tion met'od used to measure t'ese stresses demands a planar sur>a!e9 .u#e

draHin& Has simulated #G analGti!al met'ods and #G t'e >inite element met'od9

%=perimental tests Hit' t'e tu#e draHin& tool set Here also !arried out Hit' >i=ed plu&s

to analGe t'e in>luen!e o> t'e lu#ri!ant, draHin& speed and lu#ri!ation re&imes on t'e

draHin& load9 %=perimental results Here !ompared to numeri!a1 results to validate

t'ese models and to de>ine t'e #est draHin& !onditions9 .'ese results s'oHed t'at t'e

=raG di>>ra!tion met'od used in t'is HorI is relia#le to determine t'e residual stresses9

t Has also s'oHn t'at t'e tu#e draHin& tool set Has e>>i!ient to redu!e t'e draHin& load

and to &enerate !ompressive residual stresses in t'e inner sur>a!e o> t'e draHn tu#es

Key Words:a=, Residual Stress, numeri!al analGsis, lu#ri!ation


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2ista de Ilustra$es

192 %=emplo de tre>ilao de tu#os 1;


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2ista de 'a!elas

;91 parametros opera!ionais 2K

491 Resultados de di>rao de raios = L


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2ista de A!re3iaturas e Si0las

Letras Latinas

a - raio da es>era 8m:

A rea super>i!ial da es>era 8m2:

Letras Gregas

nOvis!osidade !inemti!a 8I& 6 m s:

Superescritos

4 - tempo posterior

Subscritos

e propriedade avaliada na evaporao

Abreviaes

PCM - Material de mudana de >ase

PRD roduto &en5ri!o de adimensionaisP

Siglas

DE'5 Departamento de %n&en'aria .5rmi!a e Fluidos


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SUM6RIO

1 N.R+DUQ+ 1

2 R%S+ DA /.%RA.URA 10

; M+D%/A%M .%TRCA 2;

4 AN)/S% %%RM%N.A/ ;L

L R%SU/.AD+S % DSCUSSV%S 4L

C+NC/USV%S % SU%S.V%S ARA RTM+S .RAA/-+S K1

R%F%RWNCAS X0

AN%+ XL

AWNDC% X


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CAP7'U2O 8IN'RODUO

A inte&ridade da super>$!ie deve ser entendida !omo a ine=istatores "ue possam reduir a resista!ilitam a >al'a desses elementos por >adi&a9 + m5todo tradi!ional de se

medir as tensEes residuais utilia a di>rao de raios=9 %ntretanto uma nova t5!ni!a


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vem sendo estudada atrav5s da "ual se permite determinar a presena de tensEes

residuais atrav5s de ensaios de indentao B+/%RA at all, 200X9 + m5todo se

#aseia no !on!eito de "ue, se e=iste uma tenso residual de !ompresso na super>$!ie,

esta di>i!ultar a penetrao do indentador, resultado em uma tenso residual maior do

"ue em uma super>$!ie livre destas tensEes9 No !aso !ontrrio, se e=istirem tensEes

residuais trativas na super>$!ie, a durea resultar menor9

or outro lado, a !on>ormao a >rio e=i&e a presena de lu#ri>i!ao !om o >ito de

reduir as >oras envolvidas e o des&aste das >erramentas9 %ntretanto, este elemento

5, via de re&ra, a&ressivo ao 'omem e a naturea9 Re!entemente, temse dado

ateno @ su#stituio de lu#ri>i!antes de #ase mineral por lu#ri>i!antes de #aserenovvel B//N, 2001P AN%R at all, 20019 +s estudos tem se !on!entrado

nos e>eitos deste tipo de lu#ri>i!ante so#re a naturea e so#re o ser 'umano, tendo

>i!ado #em esta#ele!ido o #ene>$!io advindo da sua apli!ao9 Al5m de serem oriundos

de >ontes renovveis, tais lu#ri>i!antes so #iode&radveis, !om um tempo de

de&radao !urto9 Contudo, um estudo da e>i!ii!antes nos pro!essos

de >a#ri!ao, no sentido de reduo dos es>oros e "ualidade do produto no "ue

tan&e a sua inte&ridade super>i!ial, livre de de>eitos e tensEes residuais no >oi ainda

esta#ele!ido9

+ pro!esso de e=truso de alum$nio 5 !omum e \til para a produo de e=trudados

!om >orma de se!o !omple=a e parede >ina9 No estudo a!er!a do e>eito da utiliao

de ?leos ve&etais no pro!esso de e=truso a >rio 5 importante salientar "ue, ao

!ontrrio de outros pro!essos de !on>ormao, tais !omo >oramento e laminao, o

pro!esso de e=truso de per>is de li&a de alum$nio tem &eralmente &randes reduEes

de rea e, !onse"]entemente, &randes de>ormaEes9

A e=truso 5 um pro!esso de !on>ormao plsti!a "ue !onsiste em >aer passarum taru&o B!olo!ado dentro de um re!ipiente, pela a#ertura e=istente no meio de uma

>erramenta alo!ada na e=tremidade do re!ipiente, por meio da ao de !ompresso de

um pisto a!ionado9 A e=truso >orne!e !omumente produtos !omo per>is e tu#os #em

!omo #arras de seo !ir!ular !omo no !aso deste estudo9


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A lu#ri>i!ao nestes pro!essos 5 de &rande import(n!ia visto "ue e=iste um

!ontato direto entre o taru&o e a >erramenta, portanto atrito entre as duas super>$!ies9 +

e>eito do lu#ri>i!ante no pro!esso 5 #em vindo, pois, diminuindo o atrito entre as duas

super>$!ies, 5 poss$vel diminuir tanto a >ora apli!ada no pro!esso para "ue o taru&o


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CAP7'U2O 9RE:ISO DA 2I'ERA'URA

+s pro!essos de !on>ormao me!(ni!a a >rio tam#5m induem tensEes residuais

nas peas !on>ormadas na re&io de>ormada9 A !on>ormao a >rio apresenta aspe!tos

importantes na >a#ri!ao9 As peas !on>ormadas a >rio apresentam #oa "ualidade

super>i!ial, toler(n!ias dimensionais mais >e!'adas e !ontroladas, al5m do aumento daresisti#ras e en!ruamento

BM+N%[9, 200L9 A"ui tam#5m, desease minimiar as tensEes residuais trativas em

elementos su#metidos a es>oros me!(ni!os !$!li!os, pelas mesmas raEes de "ue tais

tensEes >a!ilitam a >al'a desses elementos por >adi&a9 + m5todo tradi!ional de se









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CAP7'U2O (

MODE2AGEM 'ERICA

+s pro!essos de !on>ormao me!(ni!a a >rio tam#5m induem tensEes residuais

nas peas !on>ormadas na re&io de>ormada9 A !on>ormao a >rio apresenta aspe!tos

importantes na >a#ri!ao9 As peas !on>ormadas a >rio apresentam #oa "ualidade

super>i!ial, toler(n!ias dimensionais mais >e!'adas e !ontroladas, al5m do aumento da

resisti#ras e en!ruamento

BM+N%[, 200L9 A"ui tam#5m, desease minimiar as tensEes residuais trativas em

elementos su#metidos a es>oros me!(ni!os !$!li!os, pelas mesmas raEes de "ue tais

tensEes >a!ilitam a >al'a desses elementos por >adi&a9 + m5todo tradi!ional de se









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CAP7'U2O *

AN62ISE E;PERIMEN'A2

A matri >oi !on>e!!ionada em ao 104L temperado e revenido9

As prin!ipais !ara!ter$sti!as da matri so di(metro de entrada ^ 1 mm, di(metrode sa$da ^ 14 mm, semi(n&ulo de tra#al'o ^ 4_ e !omprimento da ona de !ali#rao

^ ; mm9 A >erramenta produ uma reduo de rea de 2;,3`9 A Fi&ura 491 apresenta

uma representao es"uemti!a do pro!edimento de e=truso9

A matri e o puno so>reram tratamento t5rmi!o de t


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CAP7'U2O >

RESU2'ADOS E DISCUSS?ES

A .a#ela L9; tra a Anlise da ari(n!ia para este !aso em estudo, onde a

varivel A 5 o tipo de ?leo, a arivel 5 a temperatura e a varivel C 5 o estado dolu#ri>i!ante9 Fta# 5 o valor ta#elado da estat$sti!a de Fis'er, para o n$vel de

si&ni>i!(n!ia de L` e F!al! 5 o valor da estat$sti!a de Fis'er !al!ulada9

-o 5 a 'ip?tese nula da i&ualdade das m5dias9 Con>orme se veri>i!a, reeitamos a

i&ualdade das m5dias das vis!osidades dos lu#ri>i!antes, entre os ?leos estudados ,

entre as temperaturas e entre os estados do ?leo9 sto si&ni>i!a "ue a vis!osidade do

?leo varia !om a temperatura, sendo menor para temperaturas maiores9 + ?leo noestado re!e#ido 5 mais vis!oso do "ue o ?leo depois de tra#al'ado, para o mesmo

tipo de ?leo e para a mesma temperatura9 + teste de !ontraste mostrou "ue a

vis!osidade do ?leo de mil'o 5 i&ual a do ?leo de soa, am#os no estado re!e#ido9

.a#ela L9; 7 Anlise da ari(n!ia da vis!osidade dos lu#ri>i!antes

Medias F!al! Fta#SS. 4LL;,X

SSA K2;0,22 130K,LL 43K,KK 2,L2L21 R%J%.A -oSS 2LK,KLX 2LK,KLX XL,4;; 4,0011X R%J%.A -oSSC 4K40;,; 2;K01, ;X4,X ;,1L041 R%J%.A -oSSA 1K0,X1X 42,K2XX 11L,23L 2,L2L21 R%J%.A -oSSAC X0;L,X1 112X,4X ;04K,;L 2,0XX R%J%.A -oSSC 31,K2XK 40,343 110,2L; ;,1L041 R%J%.A -oSSAC ;L1,3L1 4;,X314 113,1 2,0XX R%J%.A -oSS%rro 22,2;3K 0,;K04


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CAP7'U2O @

CONC2US?ES E SUGES'?ES PARA PR;IMOS 'RA&A2HOS

A partir destes estudos podese pensar em novas lin'as de pes"uisas tais !omo*

a. Dddddddddddddd

#9 J

!9 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!


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Re#ern1ias

ANC-, %9 C9, M+NC, R9 D9, S/A, %9 J9, AUAR, 9 R9, A/AR%//, 9 D9D9

Analise do Comportamento da Mi!roestrutura de Materiais %ndure!idos Reti>i!ados

!om Re#olos de CN9 Revista Materials Resear!', v9 ; n9 4, p9 14K1L4, 20009R%SCAN F/-+, %9 Con>ormao lsti!a dos Metais9 49ed9 Campinas* /.C, 1XX19

p9 ;3X9

CA//S.%R Jr9, 9 D9 Cioramento9pd>9 A!esso em* ;1 de maio

2009

+/%RA, R9 A9 P RAA, D9 U9P N%%S, F9 +9 9 Residual Stress %valuation n Cold

Formin& Usin& ndentation .est9 n* 20t' nternational Con&ress o> Me!'ani!al

%n&ineerin&, 200X, ramado9 ro!eedin&s o> C+%M 200X9 Rio de aneiro * ACM,

200X9 v9 19 p9 1K9

R%C-, J and C/AUDN, C9 n>luen!e o> !uttin& tool !onstitutive parameters on residual

stresses indu!ed #G 'ard turnin&9 nternational Journal o> Ma!'inin& and

Ma!'ina#ilitG o> Materials9 ol9 4, n91, 2003, pp9 ;XL0


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-.% FRANY, M9 Me!(ni!a dos Fluidos9 49ed9 Rio de Janeiro* M!raH-ill, 20029 p9

14139

ANE;O A < 'Btul" d" ane%"


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APNDICE A < 'Btul" d" a=ndi1e


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analise das tensões residuais em tubos

Documents