dc.contributor.author | Miguel, Enzo Henrique | |
dc.date.accessioned | 2024-07-18T13:46:38Z | |
dc.date.available | 2024-07-18T13:46:38Z | |
dc.date.issued | 2024-02-02 | |
dc.identifier.citation | MIGUEL, Enzo Henrique. Finite element simulation for glass tempering. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20109. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/20109 | |
dc.description.abstract | The production of tempered glass for screen protectors has aroused enormous
interest in the growing smartphone market, requiring the use of technologies to prevent
fractures during production. The Finite Element Method (FEM) was used mainly
because of its effectiveness and the possibility of simulating models with complex
geometries. In order to cover as many applications as possible, the material chosen
for the simulation was soda-lime glass, the most commonly produced glass. The
tempering simulation was successfully performed in AbaqusTM software using the
Fortran subroutine UEXPAN to estimate the thermal expansion coefficients of each
element during cooling in the glass transition range. Analysis of the stress history
during hardening proved useful in preventing the material from fracturing, since the
maximum tensile and compressive stresses appear long before the sample reaches
room temperature. Residual stresses at the end of hardening represent only around
1-10% of these maximum stresses. The analysis also showed that the stresses
generated depend on the geometry of the sample and the cooling rate. Furthermore,
it was observed that the higher the surface/volume ratio, the higher the critical cooling
rate, at which the mechanical limits of the glass are reached, and the easier it is to
perform tempering without fracturing the sample. In the end, it was possible to obtain
a critical cooling rate of ~7 °C/s for the production of smartphone screen protectors,
meaning that air-tempering is possible (1-10 °C/s). An interesting aspect of the work
was the possibility of visually studying, step by step, the evolution of stresses. Initially,
there was greater thermal contraction on the outside of the sample, followed by greater
thermal contraction in the bulk, resulting in the well-known profile of compressive
stresses on the surface and tensile stresses in the bulk. Finally, the finite element
model developed in this work showed good qualitative representation, exhibiting some
phenomena predicted by theory, such as the inversion of stresses during tempering,
or that occur in practice, such as stress striations in voluminous samples. Thus, the
FEM proved to be a powerful tool for simulating glass tempering, being possible to
improve the model by including the phenomenon of stress relaxation during the glass
transition phase and the variation of glass transition temperature as a function of
cooling rate. | eng |
dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | por |
dc.language.iso | eng | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Finite element method | eng |
dc.subject | Método dos elementos finitos | por |
dc.subject | Vidro | por |
dc.subject | Glass | eng |
dc.subject | Residual stress | eng |
dc.subject | Tensão residual | por |
dc.title | Finite element simulation for glass tempering | eng |
dc.title.alternative | Simulação em elementos finitos da têmpera de vidros | por |
dc.type | TCC | por |
dc.contributor.advisor1 | Sciuti, Vinicius Fiocco | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0230261917656691 | por |
dc.description.resumo | A produção de vidros temperados para protetores de tela tem despertado enorme
interesse no crescente mercado de celulares, exigindo o uso de tecnologias para
evitar fraturas durante a produção. O Método de Elementos Finitos (MEF) foi utilizado
principalmente devido à sua eficácia e à possibilidade de simular modelos com
geometrias complexas. Para atender ao maior número possível de aplicações, o
material escolhido para a simulação foi o vidro soda-lime, vidro mais comumente
produzido. A simulação da têmpera foi realizada no software AbaqusTM com sucesso
utilizando a sub-rotina em Fortran UEXPAN para estimar os coeficientes de expansão
térmica de cada elemento durante o resfriamento na faixa de transição vítrea. A
análise do histórico de tensões durante a têmpera mostrou ser útil para evitar a fratura
do material, uma vez que as tensões máximas de tração e compressão surgem muito
antes da amostra atingir a temperatura ambiente. As tensões residuais no final da
têmpera representam apenas cerca de 1-10% destas tensões máximas. A análise
mostrou também que as tensões geradas dependem da geometria da amostra e a
taxa de resfriamento. Além disso, observou-se que quanto maior for a relação
superfície/volume, maior é a taxa de resfriamento crítica, na qual os limites mecânicos
dos vidros são atingidos, e mais fácil é realizar a têmpera sem fraturar a amostra. No
final, foi obtida uma taxa de resfriamento crítico de ~7 °C/s para a produção de
protetores de tela de celular, sendo possível a têmpera ao ar (1-10 °C/s). Um aspecto
interessante do trabalho foi a possibilidade de estudar visualmente, passo a passo, a
evolução das tensões. Inicialmente, verificou-se uma maior contração térmica no
exterior da amostra, seguida de uma maior contração térmica no interior, resultando
no conhecido perfil de tensões de compressão na superfície e de tração no interior.
Por fim, o modelo desenvolvido em elementos finitos, neste trabalho, mostrou boa
representação qualitativa, exibindo alguns fenômenos previstos pela teoria, como a
inversão de tensões durante têmpera, ou que ocorrem na prática, como as estrias de
tensão em amostras volumosas. Assim, o MEF apresentou-se como uma ferramenta
poderosa para a simulação da têmpera de vidros, sendo possível aprimorar o modelo
incluindo o fenômeno de relaxação de tensões durante a transição vítrea e a variação
da temperatura de transição vítrea em função da taxa de resfriamento. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | https://lattes.cnpq.br/4539778653932409 | por |
dc.publisher.course | Engenharia de Materiais - EMa | por |
dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-3709-3189 | por |