Ensayo de Solidificacion

Mecánica Computacional Vol XXXI, págs. 2093-2118 (artículo completo)
Alberto Cardona, Paul H. Kohan, Ricardo D. Quinteros, Mario A. Storti (Eds.)
Salta, Argentina, 13-16 Noviembre 2012

IMPLEMENTACIÓN DE UN MODELO DE SOLIDIFICACIÓN DE
FUNDICIÓN NODULAR EN UN PROGRAMA DE ELEMENTOS
FINITOS PARA PROPÓSITOS GENERALES
Francisco J. Rodrigueza, Adrián D. Boccardoa, Patricia M. Dardatia, FernandoD.
Carazob, Diego J. Celentanoc y Luis A. Godoyd
a

CIII – Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica Nacional – Facultad
Regional Córdoba. Maestro M. Lopez esq. Cruz Roja Argentina, Ciudad Universitaria, Córdoba
Argentina. rodriguez-fj@hotmail.com, aboccardo@mecanica.frc.utn.edu.ar, pdardati@gmail.com,
http://www.frc.utn.edu.ar
b

Instituto de InvestigacionesAntisísmicas Ing. Aldo Bruschi. Facultad de Ingeniería, Universidad
Nacional de San Juan, Av. Libertador Gral. San Martín 1290(O), San Juan, Argentina.
fcarazo@unsj.edu.ar, http://www.ida.unsj.edu.ar

c

Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica, Pontificia Universidad Católica de Chile. Av.
Vicuña Mackenna 4860, Santiago de Chile, Chile. dcelentano@ing.puc.cl, http://www.ing.puc.cl
dUniversidad Nacional de Córdoba, Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Av. Vélez
Sársfield 1611, Córdoba Argentina – CONICET, lgodoy@com.uncor.edu, http://www.efn.uncor.edu

Palabras clave: Fundición de hierro nodular, Solidificación, Elementos Finitos, Abaqus,
Subrutinas de usuario.
Resumen. El desarrollo de la solidificación de las piezas obtenidas por colada y moldeo es unode los
factores determinantes de la microestructura final del material y, por ende, de las propiedades
mecánicas del mismo. Las múltiples variables que intervienen en el cambio de fase líquido-sólido, y
su compleja interrelación, dificultan la predicción del resultado final, adquiriendo por ello relevante
importancia la simulación computacional del fenómeno. Actualmente, es común lautilización de
modelos que acoplan los problemas térmico y metalúrgico que el proceso de solidificación involucra
mediante un análisis a dos niveles. Un nivel macroscópico en el que se trata la evolución de la
temperatura, resolviendo la ecuación del calor por el método de los elementos finitos, y un nivel
microscópico en el que se analiza la evolución de las diferentes fases por medio de sus leyes denucleación y de crecimiento.
En el presente trabajo se incorporó un modelo de solidificación de fundición nodular, que responde a
la teoría denominada plurinodular, al programa de elementos finitos de propósito general Abaqus. Para
ello se utilizaron las subrutinas de usuario HETVAL y USDFLD que permiten definir la generación del
calor latente de cambio de fase y la evolución de las variablesde estado del problema metalúrgico.
Con el modelo implementado se simuló la solidificación de un bloque normalizado “Y” del tipo
utilizado por la industria para caracterizar mecánicamente al material y determinar la conformidad del
mismo. Se compararon los resultados numéricos con resultados experimentales hallándose una buena
concordancia entre los mismos. El proceso empleado en estetrabajo para la solidificación de la
fundición nodular puede utilizarse para otros cambios de fase modificando adecuadamente las leyes de
nucleación y crecimiento.
Copyright © 2012 Asociación Argentina de Mecánica Computacional http://www.amcaonline.org.ar

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F.J. RODRIGUEZ et.al.

1 INTRODUCIÓN
Los modelos son herramientas fundamentales en el desarrollo de las ciencias, tanto teóricascomo prácticas. Los modelos representan la realidad de una manera simplificada y esto
permite un tratamiento más sencillo del problema que se desea resolver. La ingeniería, por su
parte, hace uso principalmente de los modelos normativos y de los predictivos. Con estos
últimos, simula y anticipa el comportamiento del sistema en estudio. Con el desarrollo de la
informática es cada vez más...