Finite element simulation of real test procedures on drawn wires

Abstract

La simulación por elementos finitos se ha convertido en una herramienta clave para el análisis y optimización de procesos de ingeniería, ya que permite el análisis de un gran número de condiciones a un coste relativamente bajo. En este trabajo se ha utilizado esta herramienta para el análisis de un proceso de trefilado multietapa, así como para la implementación de ensayos de tracción y torsión en dichos alambres trefilados. El objetivo es evaluar los diferentes modelos de endurecimiento para el proceso de trefilado y para los ensayos de prueba señalados. Se ha realizado la simulación del ensayo de tracción del alambre tras cada etapa de trefilado y se ha automatizado la obtención de los parámetros mecánicos más importantes. Luego, estos se han contrastado con valores experimentales para analizar los resultados obtenidos con los diferentes modelos de endurecimiento. Asimismo, los valores de daño se calculan según los criterios de Cockroft y Latham para el proceso de trefilado, para el ensayo de tracción y adicionalmente se calcula el daño total en el alambre, es decir el daño generado debido al trefilado después de cada etapa juntamente con el daño generado por el ensayo de prueba. Todos estos procedimientos se han realizado utilizando diferentes modelos de endurecimiento seleccionados. Finalmente se analizan los resultados obtenidos, se presentan las conclusiones y la proyección de perspectivas para futuros estudios.

Finite element simulation has become a key tool for the analysis and optimization of engineering processes, since it allows the analysis of a large number of conditions at a relatively low cost. In this work, this tool has been used for the analysis of a multistage wire drawing process as well as for the implementation of tensile and torsion tests. The objective is to evaluate different hardening models for the wire drawing process and for the tests procedures. The simulation of the tensile test has been carried out for the wire after each drawing stage and the obtaining of the most important mechanical parameters has been automated. Then, these are contrasted with experimental values in order to analyze the results obtained with the different hardening models. Likewise, the damage values are calculated according to the Cockroft and Latham criteria for the drawing process, for the tensile test and the total damage in the wire after each stage of the drawn and tested wire. All these procedures have been carried out using different selected hardening models. Finally, the results obtained are analyzed, the conclusions obtained and the projection of perspectives for future studies are presented.

Die Finite-Elemente-Simulation ist zu einem Schlüsselwerkzeug für die Analyse und Optimierung von Engineering-Prozessen geworden, da sie die Analyse einer großen Anzahl von Bedingungen zu relativ geringen Kosten ermöglicht. In dieser Arbeit wurde dieses Tool zur Analyse eines mehrstufigen Drahtziehprozesses sowie zur Durchführung von Zug- und Torsionsversuchen eingesetzt. Ziel ist es, verschiedene Verfestigungsmodelle für den Drahtziehprozess und Prüfverfahren zu evaluieren. Die Simulation des Zugversuchs wurde für den Draht nach jeder Ziehstufe durchgeführt und die Ermittlung der wichtigsten mechanischen Parameter automatisiert. Anschließend werden diese mit Messwerten verglichen, um die mit den unterschiedlichen Verfestigungsmodellen erzielten Ergebnisse zu analysieren. Ebenso werden die Schädigungswerte nach den Kriterien von Cockroft und Latham für den Drahtziehprozess, für den Zugversuch und die Gesamtschädigung im Draht nach jeder Stufe des gezogenen und geprüften Drahtes berechnet. Alle diese Verfahren wurden mit den verschiedenen ausgewählten Verfestigungsmodellen durchgeführt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse analysiert, die gewonnenen Schlussfolgerungen und die Projektion von Perspektiven für die zukünftige Forschung präsentiert.