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Title in Portuguese: Simulation of the thermal-mechanical continuous casting process using unstructured grids
Author: Pimenta, Paulo Vicente de Cassia Lima
Advisor(s): Marcondes, Francisco
Keywords: Ciência dos materiais
Plasticidade
Viscoplasticity
Element based finite volume method
Continuous casting
Plasticity
Issue Date: 2019
Citation: PIMENTA, P. V. de C. L. Simulation of the thermal-mechanical continuous casting process using unstructured grids. 2019. 132 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Um simulador computacional térmico-mecânico usando o Método de Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM) foi elaborado para investigar a solidificação de lingotes durante o lingotamento contínuo. O comportamento térmico foi avaliado utilizando a equação transiente bidimensional de condução de calor com mudança de fase, em conjunto com coeficientes de transferência de calor obtidos por meio de um procedimento numérico-experimental. Além disso, a abordagem termo-mecânica inclui três representações inelásticas, baseadas nos modelos plástico de Ramberg-Osgood e viscoplásticos de Odqvist. O simulador foi validado usando vários testes de benchmark, juntamente com a solução analítica para o problema de Stefan. A solução numérica fornecida pelo simulador desenvolvido nesse trabalho foi comparada com a obtida por um simulador comercial. Das comparações, pode-se notar que EbFVM faz predições tão boas quanto a abordagem numérica tradicionalmente empregada para obter a solução de casos que envolvem simulação computacional de sólidos. No contexto de lingotamento contínuo, foram investigadas duas velocidades de fundição e, a fim de melhorar o estágio de resfriamento na zona dos sprays, um novo conjunto de sprays foi proposto para os casos investigados voltadas à prevenção de formação de trincas. O estudo termomecânico fornecido por EbFVM foi capaz de fornecer bons resultados para o perfil de temperatura e estado termomecânico e podem ser usados para resolver problemas causados pelo processo de resfriamento.
Abstract: A computational thermal-mechanical simulator using the Element based Finite Volume Method Element based Finite Volume Method (EbFVM) has been elaborated to investigate the solidification of continuous casting ingots. The thermal behavior was evaluated using the two-dimensional transient heat conduction equation with phase change in conjunction with a numerical-experimental film coefficients. In addition, the thermal-mechanical approach includes three inelastic representations, which are based in the Ramberg-Osgood plastic and Odqvist’s viscoplastic models. The simulator is validated using several benchmarks tests, along with the analytical solution of the Stefan’s problem. The numerical solution provided by the proposed in-house simulator were compared with a commercial simulator. From the comparisons performed, one can notice that EbFVM makes accurate prediction as the traditional numerical approach commonly employed to obtain the solution of computational mechanical cases. In the context of continuous casting herein were investigated two casting velocities and in order to enhance the cooling stage, in the sprays zone, as well as the crack formation, a new sprays set were proposed for the investigated cases. The thermal-mechanical study provided by EbFVM is able to provide good results for the temperature profile and thermomechanical state that could be used to address problems caused by the cooling process.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/47976
metadata.dc.type: Tese
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