240EM146 - Modelización de la Deformación Plástica

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona CMEM - Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica MÁSTER UNIVERSITARIO ERASMUS MUNDUS EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES AVANZADOS (Plan 2009). (Unidad docente Optativa) MÁSTER UNIVERSITARIO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES (Plan 2014). (Unidad docente Optativa) 4,5 Idiomas docencia: Castellano Profesorado Responsable: Otros: MARIA DOLORES RIERA COLOM Prado Pozuelo, Jose Manuel Cabrera Marrero, Jose Maria Horario de atención Horario: LUNES, DE 15 A 17 h Capacidades previas Haber cursado las materias básicas de Ciencia e Ingeniería de Materiales: Estructura y propiedades de los materiales. Requisitos Estructura y propiedades mecánicas de los materiales Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: CEMAT7. Diseñar, calcular y modelar aspectos relacionados con los materiales para componentes mecánicos, estructuras y equipos. CEMAT2. Diseñar y desarrollar productos, procesos, sistemas y servicios, así como la optimización de otros ya desarrollados, atendiendo a la selección de materiales para aplicaciones específicas. Metodologías docentes La materia de la asignatura, con fuerte contenido de aplicación práctica, se desarrolla en sesiones presenciales que combinan la explicación teórica por parte del profesor y la práctica, con ordenador individual (aportado por el estudiante o cedido por la Biblioteca de la ETSEIB) y programas comerciales de cáclulo FEM (suministrados gratuitamente por el proveedor del software o por el profesor de la asignatura), resolviendo ejercicios en los que se aplican los distintos modelos de comportamiento mecánico/termomecánico de los materiales de Ingeniería estudiados. Objetivos de aprendizaje de la asignatura -Comprender los distintos modelos de comportamiento plástico y elasto-plástico de materiales de Ingeniería. - Aprender estrategias de simulación numérica de procesos de conformado por deformación plástica. 1 / 8

2 Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 112h 30m Horas grupo grande: 0h 0.00% Horas grupo mediano: 27h 24.00% Horas grupo pequeño: 13h 30m 12.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 72h 64.00% 2 / 8

3 Contenidos 1. Modelización y simulación de la deformación plástica de materiales para la ingenieria Dedicación: 20h Grupo mediano/prácticas: 7h Grupo pequeño/laboratorio: 3h Modelización y Simulación en el ámbito del conformado por deformación plástica de Materiales. Mecánica de Materiales. Métodos de resolución de problemas de deformación plástica. A.1. Ejercicio de simulación numérica FEM de un caso sencillo de deformación elástica y elastoplástica. Introducirse en la modelización físico/matemática de la plasticidad y su implementación en programas comerciales de simulación numérica. 2. ELEMENTOS DE LA TEORÍA DE LA PLASTICIDAD Dedicación: 17h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 3h 2.1. Criterios de cedencia Relaciones esfuerzo-deformación plástica y elastoplástica Solución de problemas no-lineales A.2. Análisis de un proceso de forja/extrusión isoterma mediante simulación numérica. Comprender el concepto de cedencia plástica y sus condiciones, así como las relaciones esfuerzo-deformación que representan el comportamiento a deformación plástica de materiales metálicos. 3 / 8

4 3. ANISOTROPÍA Y DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN PRODUCTOS PLANOS METÁLICOS TRABAJADOS EN FRÍO. Dedicación: 16h Grupo mediano/prácticas: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 4h 3.1. Anisotropía y textura. Coeficientes de anisotropía Embutición profunda. Efecto del material Teoría de la plasticidad anisotrópica: criterio de Hill. A.3. Ejercicio de simulación numérica de la embutción profunda de una chapa metálico, suponiendo: a) isotropía de comportamiento, y b) anisotropía. Comprender el efecto de la anisotropía de la estructura del material en su comportamiento mecánico. 4. MODELIZACIÓN DE LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA A ALTA TEMPERATURA DE MATERIALES METÁLICOS Dedicación: 18h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 4h 4.1. Descripción conceptual y microestructurla de los mecanismos de ablandamiento Caracterización físico?matemática de los mecanismos de ablandamiento y endurecimiento en caliente Aplicaciones prácticas a la modelización de procesos de conformado A.4. Análisis, mediante un software propio, SIMFORJA, de la deformación en caliente de materiales metálicos. A.5. Diseño y optimización del proceso de estampación en caliente (hot stamping) de chapa de aceros de alta resistencia mecánica. Entender los mecanismos de deformación y cambios microestructurales de los materiales metálicos sometidos a deformación plástica a alta temperatura. Modelos de comportamiento termo-mecánico y su implementaciónn en programas de cálculo FEM. 4 / 8

5 5. COMPORTAMIENTO MECÁNICO, MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE MATERIALES ELASTOMÉRICOS. Dedicación: 16h Grupo mediano/prácticas: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 4h 5.1. Descripción y clasificación de los elastómeros básicos Comportamiento mecánico de los materiales elastoméricos Modelización y simulación numérica de materiales elastoméricos. A.&. Simulación del comportamiento mecánico de una pieza elastomérica. Comprender el comportamiento mecánico, estático y dinámico, de materiales elastoméricos, los modelos que pueden representar dicho comportamiento y las estrategias de simulación a adoptar. 6. INELASTICIDAD EN MATERIALES POROSOS Y GRANULARES. Dedicación: 15h Grupo mediano/prácticas: 2h Grupo pequeño/laboratorio: 3h 6.1. Comportamiento mecánico de materiales no convencionales: porosos y granulares. Ejemplo práctico: proceso pulvimetalúrgico Modelos para materiales porosos y granulares: a) modelos micro-mecánicos; b) modelos basados en la mecánica de los medios continuos Ejemplos de simulación numérica del proceso de compactación de polvo metálico. A.7. Diseño de un molde para la compactación de polvo metálico. Conocer el comportamiento a deformación de materiales no totalmente densos, los modelos físico/matemáticos que lo representan y su implementación en programas de cálculo numérico. 5 / 8

6 Sistema de calificación La calificación de la asignatura está constituida por las siguientes contribuciones: - 10%: la asistencia y aprovechamiento de las sesiones presenciales en las que se resuelven en grupo casos prácticos. - 15%: La presentación de 3 actividades (ejercicios de cálculo numérico, resueltos individualmente ). - 25%: La presentación, mediante informe, de un trabajo final a resolver individualmente o en grupo de dos estudiantes. - 50%: Examen escrito del contenido teórico de la asignatura. El estudiante tiene derecho a hacer el examen final de la asignatura para ser calificado o mejorar nota. Se prevé una reevaluación para los estudiantes que hayan obtenido una calificación de "suspenso" en el período ordinario de evaluación. No podrán presentarse a este acto los estudiantes con calificación de "no presentado". Consistirá en un examen escrito con dos apartados: a) teórico, del contenido de la asignatura; b) práctico, en el que deberá resolverse un ejercicio de simulación numérica con ordenador. El resultado de este examen hará media aritmética con la nota de curso obtenida mediante la ecuación definida más arriba. Si el resultado de esta media no llega al 5, pero el examen de reevaluación está aprobado, la nota final será de 5. 6 / 8

7 Bibliografía Básica: Hill, R. The Mathematical Theory of Plasticity. Oxford: Clarendon, ISBN Dieter, George Ellwood. Mechanical Metallurgy. SI Metri. Lonoson: McGraw Hill Higher Education, ISBN X. Hosford, W.F.; Caddell, R.M. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. 4th ed.. Cambridge: Cambridge University Press, ISBN Jonas, J.J.; Sellars, C.M.; Tegart, W.J. McG. "Strength and structure under hot-working conditions". Metallurgical reviews. Volume 14, Issue 1 (01 January 1969), pp Bergström, J.S. ; Boyce, M.C.. "Constitutive modeling of the large strain time-dependent behavior of elastomers". Journal of the Mechanics and Physics of Solids [en línea]. Volume 46, Issue 5, May 1998, Pages [Consulta: 27/03/2015]. Disponible a: < Riera, M.D. ; Prado, J.M.. "Modelización y simulación de la etapa de compactación en pulvimetalurgia". Revista de Metalurgia [en línea]. 2006, vol. 42, núm. 6, p [Consulta: 27/03/2015]. Disponible a: < Riera, M.D. ; Coussirat, M. ; Guarmo, A. ; Valls, I.; Casellas, D. "Simulation of hot stamping processes". Proceedings of the 1st International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel : CHS2 : Kassel, Germany, october 22-24, 2008 [en línea]. Bad Harzburg: GRIPS Media, pp [Consulta: 24/03/2015]. Disponible a: < Complementaria: Kobayashi, S.; Oh, S. ; Altan, T. Metal Forming and the Finite-Element Method. New York: Oxford University Press, ISBN Osakada, K.. "History of Plasticity and Metal Forming analysis". Journal of materials Processing Technology [en línea]. Volume 210, Issue 11, 1 Aug. 2010, Pag [Consulta: 10/03/2015]. Disponible a: < Karbasian, H. ; Tekkaya, A.E.. "A review on hot stamping". Journal of Materials Processing Technology [en línea]. Volume 210, Issue 15, 19 November 2010, Pages [Consulta: 24/03/2015]. Disponible a: < Estrin, Y. ; Mecking, H. "A unified phenomenological description of work hardening and creep based on one-parameter models". Acta Metallurgica [en línea]. Volume 32, Issue 1, January 1984, Pages [Consulta: 25/03/2015]. Disponible a: < Baudelet, Bernard. Mise en forme de métaux et alliages. París: CNRS, ISBN Istúriz, A. ; Riera, M.D. ; Prado, J.M.. "Estudio experimental del llenado de moldes pulvimetalúrgicos". Revista de Metalurgia [en línea]. Vol 41, No Extra (2005) pp [Consulta: 27/03/2015]. Disponible a: < Riera, M.D. ; Prado, J.M.. "The elastic behaviour of non-sintered metal powder compacts". Proceedings of the IMechE, Part E: J. of Process Mechanical Engineering [en línea]. 2010, vol. 224, núm. Special Issue, p [Consulta: 27/03/2015]. Disponible a: < Cante, J.C. ; Riera, M.D. ; Oliver, J. ; Prado, J.M. ; Istúriz, A. ; González, C.. "Flow regime analyses during the filling stage in powder metallurgy processes: experimental study and numerical modelling". Granular Matter [en línea]. February 2011, Volume 13, Issue 1, pp [Consulta: 27/03/2015]. Disponible a: < Gutiérrez, D.; Hernández, R.; Lara, A.; Casellas, D.; Riera, M.D.; Prado, J.M.. "Sheet failure prediction during forming of advanced high strength steels". Forming Technology Forum (5è : 2012 : Zurich). Proceedings of 5th Forming Technology Forum Advanced Failure Prediction Methods in sheet metal forming [en línea]. Zurich: Institute of Virtual Manufacturing, p [Consulta: 25/03/2015]. Disponible a: < Riera, M.D.; Prado, J.M.; Doremus, P. "Model Input Data Elastic Properties". Brewin, Peter R. Modelling of Powder Die Compaction [en línea]. London: Springer-Verlag, pp [Consulta: 24/03/2015]. Disponible a: 7 / 8

8 < Otros recursos: Material informático programa de càlcul FEM ABAQUS-student edition Programa comercial de cálculo mediante el método de los elementos finitos, ABAQUS-student edition programa d'anàlisi SIMFORJA Programa propio para el análisis de la deformación plástica a alta temperatura 8 / 8