Análise por elementos finitos de um corpo de prova Charpy-V de um aço API 5CT N80Q

Abstract

Com o desenvolvimento do poder computacional e os avanços tecnológicos vem permitindo com que cada vez mais os computadores solucionem diversos tipos de problemas matemáticos. Isso aliado ao método de elementos finitos permite que alguns ensaios destrutivos possam ser analisados via simulação computacional. Por este motivo o uso de softwares de FEA (Finite Element Analysis) dentro do ambiente industrial vem crescendo, pois acaba sendo um meio de simular diversas situações antes de o produto entrar no mercado. Este estudo tem como o objetivo analisar o uso de um software de FEA para realizar o ensaio Charpy-V de um aço API 5CT grau N80 tipo Q e ver se é possível utilizar a simulação computacional para realizar o ensaio. Durante este estudo foram analisadas duas situações: em uma primeira situação sem a presença do raio de entalhe; e uma segunda análise aonde foi ensaiada com o raio conforme descrito pela norma; uma outra análise foi feita variando o nível de refinamento da malha, com o objetivo de ver o efeito da mesma durante as simulações. Com isso os corpos de prova e o ensaio foram modelados usando o software Ansys, foi aplicada a metodologia de destruição do material descrita por Johnson-Cook. A conclusão obtida ao analisar o resultado dos testes foi que tanto o raio quanto o tamanho da malha acabaram por influenciar nos resultados do ensaio Charpy-V, durante os testes foram encontrados valores entre 30 e 50 J, valores próximos aos exigidos pela norma API. Os resultados obtidos sugerem que este método de estudo é bem condizente a valores encontrados em ensaios Charpy-V para este material e acabam sendo uma solução para realização deste tipo de ensaio dentro do âmbito computacional, porém o método estudado indica que este tipo de ensaio ainda está ligado a diversos fatores empíricos.

The development of computational power and technological advances has allowed computers to solve several types of mathematical problems. This, combined with the finite element method, allows some destructive tests to be analyzed via computer simulation. For this reason, the use of FEA (Finite Element Analysis) software within the industrial environment has been growing, as it ends up being a means of simulating different situations before the product enters the market. This study aims to analyze the use of FEA software to perform the Charpy-V test of an API 5CT grade N80 type Q steel and see if it is possible to use computer simulation to perform the test. During this study, two situations were observed: in a first situation without the presence of the notch radius; and a second analysis where it was tested with the radius as described by the standard; another analysis was performed by varying the mesh refinement level, to see its effect during the simulations. Thus, the specimens and the test were modeled using the Ansys software, and the material destruction methodology described by Johnson Cook was applied. The conclusion when analyzing the results of the tests was that both the radius and the size of the mesh were able to influence the results of the Charpy-V test, during the tests values between 30 and 50 J were found, values close to those required by the API standard. The suggested results suggest that this study method is very consistent with the values found in Charpy-V tests for this material and end up being a solution for carrying out this type of test within the computational scope, however, the studied method indicates that this type of test is still linked to several empirical factors.