Predição da vida em fadiga sob condições de fretting de um fio de alumínio 1350-H19 utilizando o método dos elementos finitos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pereira, Rodrigo Lima
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/33267
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
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spelling Pereira, Rodrigo LimaFerreira, Jorge Luiz de Almeida2018-12-21T16:48:31Z2018-12-21T16:48:31Z2018-12-212018-07-03PEREIRA, Rodrigo Lima. Predição da vida em fadiga sob condições de fretting de um fio de alumínio 1350-H19 utilizando o método dos elementos finitos. 2018. xviii, 128 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.http://repositorio.unb.br/handle/10482/33267Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.A vida de cabos condutores de energia é geralmente reduzida devido a ação de vários fatores degradantes, tais como tensões flutuantes, distorção, corrosão e desgaste. Contudo, quando sujeitos à deslocamentos oscilatórios provocados pela carga de vibração eólica, essas estruturas são ainda afetadas pelo fenômeno da fadiga por fretting, que acarreta na ruptura de seus fios internos, sendo o principal causador de falhas catastróficas. Adicionalmente, a caracterização experimental desse evento é bastante custosa, já que se faz necessário o estudo das interações fio-fio e fio-estrutura que ocorrem em diversos pontos internos e externos aos cabos. Tendo em vista esse contexto, o objetivo deste trabalho é investigar o comportamento de um fio de alumínio 1350-H19, elemento constituinte do cabo condutor IBIS (CAA 397,5 MCM), quando sujeito à fadiga por fretting, por meio da previsão de vida desses componentes. Para isso, desenvolveu-se uma metodologia onde, primeiramente, utilizou-se o software ABAQUS/CAE para construir uma simulação com elementos finitos tridimensionais, a fim de se obter as tensões e deformações características dessa configuração de contato e, assim, poder implementá-las em uma abordagem analítica de fadiga uniaxial, baseada em tensão. Dessa forma, utilizou-se uma malha otimizada, estruturada apenas na região do contato, com elementos de 35 m e erros relativos, quanto à mecânica do contato elástico, em torno de 10%. Além disso, na análise de fadiga utilizaram-se os modelos uniaxiais de Gerber, Goodman modificado, Soderberg, Smith-Watson-Topper (SWT), Morrow e Walker, associados às metodologias de Juvinall e Marshek (2011) e Budynas e Nisbett (2011). Os modelos de Goodman modificado, Soderberg e Morrow conseguiram prever a inclinação média dos dados experimentais quando a carga normal (P) foi considerada 250 N com erros relativos de no máximo 10%, enquanto que os modelos de SWT e Walker previram a inclinação média dos pontos quando a carga P = 500 N com erros relativos por volta de 3%. Por fim, para os modelos de Morrow e Walker, quando combinados à metodologia de Budynas e Nisbett (2011), obteve-se a maior aproximação das previsões numéricas em relação aos dados experimentais, com mais de 80% dos dados dentro dos limites impostos pelo fator de três vidas.The life of overhead conductors is usually reduced by some degradation mechanisms, such as repetitive bending, distortion, corrosion and wear. However, when subjected to oscillatory displacements caused by aeolian vibrations, these structures also suffer from the fretting fatigue phenomenon, which is the main cause of catastrophic failure due to internal wire breaking. Additionally, the experimental characterization of this problem is very expensive, since it is necessary to consider the wire-to-wire and wire-to-structure interactions, which occurs in many regions inside and outside the conductor. With that in mind, the goal of this work is to investigate the behavior of an 1350-H19 aluminum wire, constitutive element of the IBIS (ACSR 397,5 MCM) overhead conductor, when subjected to fretting fatigue, by predicting their operational lives. In order to do that, a methodology was developed in which the ABAQUS/CAE software was used to build a 3D FEA with the purpose of finding the stresses and strains of the contact configuration and, therefore, implement them in a uniaxial fatigue-based analytical approach. Using a structured mesh only at the contact region, an optimized simulation was obtained with 35 m elements and erros, with respect to the mechanics of elastic contacts, around 10%. In addition, the uniaxial models of Gerber, modified Goodman, Soderberg, Smith-Watson-Topper (SWT), Morrow and Walker, in association with the Juvinall and Marshek (2011) and Budynas and Nisbett (2011) methodologies, were used in the fatigue analysis. The modified Goodman, Soderberg and Morrow models were able to predict the main slope of the experimental data when the normal load (P) was 250 N with relative errors of less than 10%. The SWT and Walker models predicted the main slope of the data when P = 500 N with errors around 3%. Finally, for the Morrow and Walker models, combined with the Budynas and Nisbett (2011) methodology, it was obtained the closest approximation of the numerical predictions in relation to the experimental data, with more than 80% of the points within the limits imposed by the factor of three lives.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessPredição da vida em fadiga sob condições de fretting de um fio de alumínio 1350-H19 utilizando o método dos elementos finitosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisFadiga por frettingFios de alumínioFadigaporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2018_RodrigoLimaPereira.pdf2018_RodrigoLimaPereira.pdfapplication/pdf12203448http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/33267/1/2018_RodrigoLimaPereira.pdf2efd8f9df0c89198c61dc4a0029c3c00MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain671http://repositorio2.unb.br/jspui/bitstream/10482/33267/2/license.txtbacfee268cc5d4f6aaa2e6e0066d38f5MD52open access10482/332672024-02-08 18:40:46.745open accessoai:repositorio2.unb.br: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Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestopendoar:2024-02-08T21:40:46Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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