Desenvolvimento de metodologias para identificação de parâmetros e otimização de forma em simulações numéricas de processos de conformação plástica

摘要

Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interessecrescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa,incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorreprincipalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado,não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulaçãoé, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultadostipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos ElementosFinitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicasNa tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, umaanálise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, comogeometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leisde atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem serconsiderados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintesproblemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados eanalisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem àdeterminação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados emmodelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definiçãogeométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar aforma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtençãode uma determinada geometria após um processo de conformação.São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quaisconduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivodestas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo emelhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais sãobaseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos,algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinaçãodestes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata,paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégiashíbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas.São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação dafunção objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodosconsiderados são uma análise com um ponto único ou uma análise comelementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza umaquantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história dedeformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modeloconstitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração.Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, adefinição geométrica de chapas e ferramentas.Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica adefinição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elementode cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, umestudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processode otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulaçãode NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cujageometria será alterada durante o processo de conformação plástica.No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo deforjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindroperfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. Noprimeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma daferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizara superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definiçãoda ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações.As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientementeproblemas de otimização para a indústria de conformação metálica.