Simulação não linear por elementos finitos no ansys com validação experimental aplicado a insertos do processo de forjamento

Abstract

O forjamento é amplamente utilizado em setores como indústria automotiva, aeroespacial e de bens de consumo, sendo essencial para a produção de peças com alta resistência mecânica e durabilidade. No entanto, o processo impõe cargas elevadas no inserto, gerando tensões que podem comprometer sua integridade ao longo do tempo. Como resultado, muitas empresas enfrentam altos custos associados à falha do inserto e ao desgaste prematuro, além de uma incerteza significativa em relação à sua vida útil por fadiga. Com o avanço e o desenvolvimento de novas ferramentas computacionais, como o Método dos Elementos Finitos, tornou-se possível simular e analisar esses processos em detalhes. Nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho é analisar a distribuição de tensões no inserto utilizado no processo de forjamento, por meio de uma simulação não linear utilizando o método dos elementos finitos no software ANSYS Workbench, utilizando o ambiente LSDYNA, e posteriormente realizar a validação experimental. Os resultados obtidos fornecem dados importantes para possíveis ajustes tanto no processo quanto no projeto de novos insertos, com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de forjamento e aumentar a vida útil do inserto. Para validar os resultados numéricos, foram realizados experimentos práticos em uma prensa, comparando os dados obtidos com os da simulação. A validação numérico-experimental apresentou excelente concordância, com erros inferiores a 4%, atestando a robustez do modelo e a adequação dos parâmetros adotados.

Forging is widely used in sectors such as the automotive, aerospace, and consumer goods industries, being essential for producing parts with high mechanical strength and durability. However, the process imposes high loads on the insert, generating stresses that can compromise its integrity over time. As a result, many companies face high costs associated with insert failure and premature wear, along with significant uncertainty regarding its fatigue life. With the advancement and development of new computational tools, such as the Finite Element Method, it has become possible to simulate and analyze these processes in detail. In this context, the main objective of this work is to analyze the stress distribution in the insert used in the forging process, through a non-linear simulation using the finite element method in ANSYS Workbench software, utilizing the LS-DYNA environment, and subsequently perform experimental validation. The results provide important data for potential adjustments in both the process and the design of new inserts, with the goal of improving the efficiency of the forging process and increasing the insert's service life. To validate the numerical results, practical experiments were conducted on a press, comparing the obtained data with the simulation results. The numerical-experimental validation showed excellent agreement, with errors below 4%, attesting to the robustness of the model and the suitability of the adopted parameters.