Descripción: |
This work is the result of the European project �TESTRA� (Temperature and Straightness in
Sections and Rail Straightening Processes, RFS-CR-03012). In this project the relation between
the temperature and bending during the production processes of steel sections and their final
residual stresses and bending was studied. The study was focused on structural beams 'I' and
'H' and grooved rail Ri60, used in urban transportation. The aim of the thesis was the modelling
and simulation through Finite Elements (FE) analysis of two main sequential production
processes, common to most of the manufacturing of long steel products: the cooling process
and the straightening process. Thanks to the participation of manufacturing enterprises (PTGGermany
y VA-Austria) and research institutes (BFI-Germany) in the project, was possible to
count on experimental data, very important to verify and calibrate the FE models. The residual
stresses are those stresses that are locked in an object without the application of any external
loads. Several theoretical and experimental studies have proved the negative influence of
residual stresses on the duty properties of steel sections (decrease in the ultimate load of
structural beams and crack propagation in rails, just to mentions some of them). The modelling
and simulations of these processes through FE tools was considered important as the study of
the residual stresses formation and its measurement are complicated to perform not only in
laboratories but much more during normal production in real plants. Additionally to the FE study
of the aforementioned processes, a methodology based on genetic algorithm is proposed to
improve the straightening process. The methodology expects to be an automatic tool used to
find the right rollers� deflections in order to obtain a product with minimum residual stresses and
with a bending value into an acceptable tolerance, i.e. with the best quality characteristics. Este trabajo es producto del proyecto europeo �TESTRA� (Temperature and Straightness in
Sections and Rail Straightening Processes, RFS-CR-03012), donde se ha estudiado la relación
entre la temperatura y curvatura de perfiles de acero durante sus procesos de fabricación con
respecto a las tensiones residuales y curvatura final de los mismos. El estudio se ha realizado
en vigas estructurales del tipo 'I' y 'H' y en el rail ranurado Ri60, utilizado en el transporte
urbano. El objetivo principal de este trabajo ha sido el modelado y simulación mediante
Elementos Finitos (EF) de dos procesos secuenciales muy importantes en la fabricación de
perfiles de acero: el enfriamiento y el enderezamiento. Estos procesos son comunes a la
mayoría de las industrias dedicadas a la fabricación de productos largos de acero. El proyecto
ha contado con la participación de institutos de investigación (BFI-Alemania) y de empresas
productoras de perfiles de acero (PTG-Alemania y VA-Austria). Gracias a la participación de
estas entidades fue posible contar con datos y resultados experimentales de vital importancia
para la calibración y validación de los modelos creados con EF. Las tensiones residuales son
las tensiones que quedan atrapadas en un objeto cuando no se aplica ninguna carga externa.
Numerosos estudios teóricos y prácticos han destacado la influencia de las tensiones
residuales en las características en servicio de los perfiles de acero (reducción de la capacidad
de carga de las vigas estructurales y propagación de grietas en raíles de trenes, por mencionar
algunos de los efectos). A través del modelado de estos procesos mediante EF se pretende
contar con una herramienta flexible de análisis de la formación de dichas tensiones residuales,
alternativa a la obtención de estas tensiones de forma experimental pues, ésta resulta
complicada y con un consumo de tiempo apreciable. Además del análisis de los procesos
mencionados mediante el modelado por EF, se ha planteado una metodología basada en
algoritmos genéticos para mejorar el proceso de enderezamiento. A través de esta metodología
se pretende encontrar los valores de la deflexión de los rodillos más adecuados que garanticen
unas tensiones residuales mínimas y una curvatura final del perfil también mínima, sinónimos
de calidad. |