Analysis of the ESAFORM 2021 benchmark, deep drawing of an axisymmetric cup: cross validation of numerical and experimental results, constitutive modelling of the aluminum alloy and process parameters

Abstract

O benchmark “EXACT - Experiment and Analysis of Aluminum Cup Drawing Test”, proposto pela associação ESAFORM, é o ponto de partida deste trabalho. As conferências anuais desta associação têm como principal objetivo estimular a pesquisa aplicada ao campo da conformação de materiais, disseminando informação científica e tecnológica relacionada à mesma dentro do ambiente académico e industrial. Na presente dissertação é estudado o benchmark de 2021, explorando o processo de embutidura de uma liga de alumínio AA6016-T4 através da utilização de simulação numérica, recorrendo a ferramentas de CAE. Inicialmente, é realizada uma breve apresentação do benchmark em estudo, expondo ao leitor o processo e as suas variáveis, assim como a informação experimental inserida no benchmark considerada para o presente trabalho. Seguidamente é realizada a apresentação de alguns dos fundamentos teóricos da modelação constitutiva do material, nomeadamente os critérios de plasticidade isotrópicos e anisotrópicos relevantes, assim como as leis de encruamento consideradas, sucedendo-se a identificação dos parâmetros constitutivos do material para modelos anisotrópicos. É ainda abordada a modelação 3D de elementos finitos do problema utilizando o software GiD como pré-processador, assim como a edição dos ficheiros do solver DD3Imp, permitindo a definição das condições de fronteira do processo, assim como outros aspetos. Por fim, utiliza-se novamente o GiD para o pós-processamento. Posteriormente, são apresentados os resultados das simulações realizadas considerando modelações isotrópicas e anisotrópicas do processo, respetivamente. Com base nestas, através da análise das curvas de força-deslocamento do punção e dos perfis de altura e espessura do embutido final, é possível compreender a influência tanto do modelo como do coeficiente de atrito utilizado no resultado. Nesta dissertação conclui-se que para a isotropia os diferentes materiais isotrópicos têm uma grande influência no resultado obtido e, no caso dos critérios anisotrópicos, tornou-se evidente que o critério CPB06, para o material estudado, permite uma caracterização utilizando apenas três ensaios de tração uniaxial experimentais, obtendo através desta resultados mais aproximados aos desejados.