Métodos de tensões multiaxiais na análise de fadiga de alto ciclo: aplicação para componentes automotivos.

• Autor(a) principal: Moraes Neto, Accacio
• Data de Publicação: 2004
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-12122023-093937/
• topic: Automotive engineering; Engenharia automotiva; Fadiga dos materiais; Materials fatigue

A falha por fadiga é considerado o processo de falha observado com maior freqüência em componentes mecânicos ou estruturais submetidos a carregamentos de natureza dinâmica. Esta dissertação apresenta vários algoritmos propostos para a análise de fadiga de alto ciclo de componentes mecânicos, incluindo aqueles que consideram a direção das tensões principais como invariantes no tempo, como o Critério de Sines, muito utilizado na previsão da vida em fadiga de componentes mecânicos. Para situações onde o campo de tensões é multiaxial e a direção e magnitude das tensões principais variam com o tempo, modelos de análise de fadiga mais sofisticados devem ser utilizados para previsão da possibilidade de haver propagação de trinca associada ao fenômeno de fadiga. Diversos métodos têm sido propostos para estudar o processo de fadiga associado a estados complexos de tensões dinâmicas. Dentre estes, o método proposto por Dang Van, baseado na modelagem do processo de nucleação da trinca, tem sido bastante estudado, tendo em vista as previsões acuradas obtidas para a resistência à fadiga de componentes mecânicos. Este critério é detalhadamente analisado neste estudo. Como exemplo de aplicação do critério de Dang Van na modelagem do processo de fadiga de componentes submetidos a um estado multiaxial de tensões dinâmicas, executa-se a análise de fadiga de uma estrutura mecânica, mais especificamente de um chassis de caminhão. Considerando que o processo de propagaçãode uma trinca é cumulativo, desde que haja a nucleação da mesma, este critério verifica o histórico temporal de tensões de forma a identificar se em algum instante do ciclo de carregamento a tensão equivalente, dependente da magnitude e da direção das tensões principais, ultrapassa o valor do limite de fadiga do material. Caso seja identificada pelo menos uma ocorrência deste fato, afirma-se que o componente terá vida finita. ) O histórico temporal de tensões dinâmicas é obtido com o emprego de uma análise por elementos finitos, a qual simula o movimento do veículo em uma pista de teste. Baseando-se nos resultados desta análise, escolhe-se a região crítica da estrutura para análise de fadiga. O algoritmo para análise de fadiga foi implementado em um programa, baseado na plataforma MATLAB. O histórico temporal de tensões também é utilizado para calcular a densidade espectral de potência (PSD) da flutuação de tensão. Esta PSD é empregada para representar as propriedades estatísticas deste histórico temporal. A flutuação de tensão é modelada de forma probabilística, com o emprego da distribuição de Dirlik, cujos parâmetros são calculados a partir da PSD. Uma vez definida esta função de probabilidade, calcula-se a probabilidade da magnitude da flutuação de tensão ultrapassar a magnitude do limite de fadiga do material, representando a possibilidade de haver nucleação de trinca associada ao processo de fadiga. Os resultados obtidos pelosmétodos de análise acima citados são comparados, indicando que o método de Dang Van é mais conservativo que o baseado na análise espectral, fornecendo maior possibilidade de haver nucleação da trinca. Este resultado está associado com a modelagem da variação da direção das tensões principais ao longo do histórico temporal de tensões.