Análise à fadiga de estruturas de autocarro

• Autor(a) principal: Cunha, Rafael André Santos
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/23205
• topic: Fadiga; Estruturas de autocarro; Método Numérico-Experimental; PSD acelerações; Método de Dirlik; Fatigue; Bus Structure; Vibrations; Numerical and Experimental Method; PSD Accelerations; Dirlik Method

A vida útil de um autocarro é condicionada pela resistência da sua estrutura à fadiga. Esta está relacionada com a intensidade e densidade das solicitações dinâmicas provenientes da sua circulação. O fenómeno de fadiga está associado ao processo de iniciação e propagação de fendas, e apresenta diferentes mecanismos, os quais são função das características do material e das solicitações. A influência de algumas das principais características na vida útil de componentes é abordada, sendo descritas as respetivas curvas S-N. Por outro lado, a vida útil de uma estrutura ou componente é fortemente dependente do tipo de solicitação dinâmica. Esta pode apresentar amplitude e frequência constante ou aleatória no tempo. São descritas as metodologias para a quantificação do número de ciclos em função da distribuição da solicitação, com destaque para as metodologias baseadas no tempo e na frequência, aplicadas à análise de solicitações aleatórias. A análise da estrutura à fadiga requer desenvolver metodologias que permitam estudar a propagação do dano nas estruturas devido às solicitações dinâmicas e, assim, prever a sua vida útil. Três diferentes metodologias são apresentadas, as quais são classificadas em: experimentais, numérico-experimentais e numéricas. A estimativa da vida útil da estrutura do autocarro foi feita no domínio da frequência e seguiu a metodologia numérico-experimental. Para a aplicação desta metodologia foram recolhidas solicitações experimentais sob a forma de aceleração ao longo de percursos com diferentes graus de severidade. Os dados experimentais foram processados, sendo possível a determinação do valor RMS e espetros PSD das acelerações, ao longo do percurso. Os valores RMS das acelerações permitiram a caracterização dos diferentes percursos, dividindo-se os mesmos em percursos de baixos, moderados e elevados níveis de solicitação. O modelo de elementos finitos da estrutura foi desenvolvido em Ansys® e validado por comparação das suas frequências naturais com as medidas experimentalmente. A avaliação da vida útil da estrutura de autocarro foi realizada através de uma análise local da ligação mais solicitada, previamente determinada a partir da aplicação global de uma solicitação vertical em aceleração. A vida útil desta ligação foi calculada com recurso ao programa comercial Ansys nCode® e recorrendo à ferramenta Seam Shell Weld. A construção do modelo numérico da ligação crítica envolveu a inclusão de mais detalhes geométricos e os cordões de soldadura nas ligações, assim como, um maior refinamento da malha. A transferência de esforços e constrangimentos do modelo global para o modelo local da ligação, requereu a determinação prévia das funções de resposta em frequência e os constrangimentos no modelo global. Os PSD em aceleração das solicitações registadas ao longo de três percursos foram utilizados para a determinação do coeficiente de dano dos cordões de soldadura da ligação crítica, recorrendo ao método de Dirlik. Através de uma extrapolação linear destes coeficientes de dano e tendo como base a distância percorrida em cada percurso, foi estimada a vida à fadiga da ligação expressa em quilómetros. Os resultados mostram que existe uma boa correlação entre o nível RMS da amplitude da aceleração gerada por cada percurso e a vida útil à fadiga da ligação crítica.