Análise numérico-experimental de componentes sujeitos à fadiga por solicitações aleatórias: avaliação de modelos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bosco Júnior, Raul
Data de Publicação: 2007
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: http://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/103171
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
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spelling Análise numérico-experimental de componentes sujeitos à fadiga por solicitações aleatórias: avaliação de modelosEngenharia mecânicaFadigaVibraçãoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Na análise estrutural de componentes mecânicos sujeitos a cargas alternadas cíclicas, em trabalho ou serviço, um modo de falha predominante é a fadiga, decorrente do acúmulo do dano causado pelos ciclos alternantes. Um dos critérios de estimativa de vida de fadiga baseia-se na curva de fadiga do material - -N, que relacionada a tensão cíclica com o número de ciclos até a falha. Quando a solicitação alternante é constante e invariável, o cálculo de dano baseia-se no somatório do número de ciclos atuantes a uma determinada tensão, e o seu respectivo tempo ou número de ciclos de vida restantes. Ocorre que em diversas situações o componente está sujeito a solicitações aleatórias e variáveis no tempo, como o que esta sujeita a estrutura veicular em um transporte rodoviário, carregamento de turbulência em uma asa de avião, solicitações sob ação de vento e terremoto em pontes e estruturas metálicas, etc. Para a estimativa do dano em fadiga nessas ocasiões de solicitação aleatória, o simples cálculo de número de ciclos em determinado nível de tensão não é mais um procedimento simples e determinístico, mas sim probabilístico e estatístico, e depende do histórico de carregamento presente na estrutura. Esta estimativa pode ser realizada no domínio do tempo, baseada na contagem de ciclos em cada nível de tensão determinado a partir da análise de um sinal gravado no tempo (Rainflow, Racetrack, Range-Pair, etc. citando alguns métodos), ou então no domínio da frequência, onde um tratamento estatístico baseado na resposta dinâmica da estrutura àquela solicitação atuante é considerado para o cálculo de fadiga. Esta análise de fadiga no domínio da frequência se baseia na resposta dinâmica em frequência da estrutura, a partir da Função Resposta em Frequência, PSD (Power Spectrum Density) e de parâmetros espectrais (momentos da PSD e PDF - Probabilistic Density Function). O presente trabalho estuda o cálculo em fadiga de uma estrutura do tipo viga-massa sob solicitação de um processo estocástico, ergódico e Gaussiano, utilizando-se métodos de contagem de ciclos (Rainflow) e métodos probabilísticos no domínio da frequência. Vários modelos e critérios de estimativa de vida em função dos parâmetros espectrais extraídos da PSD de tensão são aplicados e comparados com resultados experimentais de testes de vida. São realizados estudos de função de transferência e respostas dinâmicas, através da análise experimental com strain-gages e de simulações FEA. Os resultados comparam a vida estimada através dos modelos de estimativa de vida e também resultantes da análise numérica por elementos finitos, com aquela vida observada em testes de falha por fadiga em corpos de prova. In the structural analysis of mechanical components subject to cyclical alternating loads, in working or service, a predominant failure mode is the so called fatigue caused by the damage accumulation of the alternating cycles. One of the criteria of life estimation in fatigue is based on the fatigue curve of the material - -N, relating the alternating stress with the number of cycles till failure. When the alternating stress is constant and invariable, the damage calculation can be done based on the sum of the number of cycles at that stress and its correspondent number of remaining cycles of life. However, it widely happens situations where mechanical system are subject to random and variable load, as those ones present in a road transportation, those ones subject to airplane wings in case of turbulence loads, random load by the action of wind and earthquake in bridges and metallic structures, etc. Aiming to estimate the fatigue damage in those situations of random loads, the simple calculation of the number of cycles in each stress level is not a simple linear sum and deterministic procedure. Nevertheless, non-deterministic, probabilistic and statistical analysis depending on the actual stress load and dynamic behavior of the structure. This fatigue estimation can be carried out in the time domain, based on cycle counting algorithm, where each stress level is determined by the analysis of a sample recorded in the time (Rainflow, Racetrack, Range-Pair, etc. citing some methods) or in frequency domain. In this last one, a statistical base approach is dealt in the dynamic behavioral of the structure and the fatigue calculation is performed concerning some probabilistic issues. This fatigue analysis in the frequency domain is based on the dynamic response of the structure in frequency, by the PSD (Power Spectrum Density) of the stress and its spectral parameters (moments of PSD and PDF - Probabilistic Density Function). The present work dealing with the fatigue calculation of a beam-mass type structure under random, ergodic and Gaussian, applying methods of life estimation based on cycle counting methods (Rainflow) and those ones based on probabilistic frequency domain. Various models and criteria of life estimation based on spectral parameters is evaluated and compared with experimental results of life tests. Studies are carried out throughout experimental measurements with strain gages and FEA simulations where a given PSD is applied as input conditions. The numerical results of damage models are compared with those ones experimentally determined by actual laboratory test specimens subjected to random load.Florianópolis, SCRosa, Edison daUniversidade Federal de Santa CatarinaBosco Júnior, Raul2013-07-16T03:16:51Z2013-07-16T03:16:51Z20072007info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis274 f.| il., tabs., grafs.application/pdf237057http://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/103171porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2014-01-19T02:27:30Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/103171Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732014-01-19T02:27:30Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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