Please use this identifier to cite or link to this item:
http://hdl.handle.net/1843/42543| Type: | Dissertação |
| Title: | Análise de propagação de trincas por fadiga em uma viga da estrutura de um forno de reaquecimento |
| Authors: | Leonardo Carneiro Vianna Schettini |
| First Advisor: | Gabriel de Oliveira Ribeiro |
| First Referee: | Roque Luiz da Silva Pitangueira |
| Second Referee: | Joaquim Gonçalves Costa Neto |
| Abstract: | Trinca por fadiga é um dos principais problemas em componentes mecânicos ou estruturas metálicas. Neste trabalho são analisadas as trincas por fadiga em uma das vigas responsáveis pelo movimento de translação de um forno de reaquecimento de tarugos a fim de subsidiar os planos de inspeção e de manutenção. O estudo é baseado na mecânica da fratura, aplicando-se os conceitos da propagação de trincas em componentes mecânicos sujeitos à fadiga. A metodologia empregada consiste na estratégia de análise global-local, para o cálculo da propagação de trinca e a avaliação da vida em fadiga, realizada em três etapas. A primeira delas corresponde à análise linear elástica global da viga, sem a presença de trinca, utilizando o método de elementos finitos (MEF) através do programa SOLIDWORKS. Essa etapa determina as regiões críticas, em termos de solicitação, onde há maior probabilidade de ocorrências de trincas. Na segunda etapa, são inseridas duas trincas distintas no modelo global obtido na primeira etapa. A posição da trinca é definida pela realidade dos defeitos observados na viga de translação, o que faz com que a simulação do modelo tridimensional seja o mais próximo da realidade. Desses modelos com trincas, obtêm-se os deslocamentos para os carregamentos máximo e mínimo. Por fim, a terceira etapa corresponde à modelagem utilizando o método de elementos de contorno (MEC) para análise de trincas em corpos tridimensionais, através do programa FRANC3D. Os deslocamentos encontrados na segunda etapa aplicam-se como condições de contorno nos modelos locais criados no FRANC3D. Os resultados desta terceira etapa podem ser utilizados para refinar a análise global da segunda etapa, num processo de refinamento sucessivo de análises. Apresentam-se os resultados de uma chapa tracionada semelhante ao modelo proposto por BORGES (2010). Observou-se que os valores obtidos nos métodos numéricos foram semelhantes aos obtidos através dos fundamentos da mecânica da fratura, demonstrando a validação da metodologia proposta. Os modelos locais com a presença de trincas distintas, para uma chapa extraída da viga de translação e para um trecho da viga de translação, sujeitos a um carregamento cíclico, mostraram-se viáveis para a estimativa da propagação de trincas em componentes mecânicos com base na fundamentação da Mecânica da Fratura. Para o cálculo da vida em fadiga estabelecidos na norma NBR-8800, os resultados obtidos são coerentes em comparação com os resultados obtidos aos dos modelos locais. |
| Abstract: | Fatigue crack is one of main problems in mechanical components and metallic structures. In this work fatigue cracks are analyzed in one of beams that is in charge of translation movement of the billet inside the reheating furnace, in order to support the plans of inspection and maintenance. The study is based on fracture mechanics, applying concepts about crack propagation on mechanical components submitted to fatigue. The methodology consists in the global-local analysis strategy to calculate the crack propagation and the life under fatigue which was divided in three steps. The first one corresponds to the global linear elastic analysis of the beam, considering absence of cracks, using the numerical finite elements method (FEM) by SOLIDWORKS software. This step enables the establishment of critical regions considering the work to be done and, therefore, most susceptible to cracks. In the second step, two different cracks are inserted in the global model obtained in the first step. Crack position is defined by the reality of the failures observed in the translation beam, this enables the threedimensional simulation model to be closer to reality. From these models, displacements are obtained from maximum and minimum loads. At the end, the third step corresponds to the modeling using boundary element method (BEM) to analyze cracks in three-dimensional bodies, applying FRANC3D software. The displacements found in the second step are applied as contour conditions in the local models created on FRANC3D. Results of this third step can be used to refine global analysis of the second step, in a continuous process of refining analysis. Results of a tensioned plate are presented, similarly to the model proposed by BORGES (2010). It was observed that the values obtained with numerical methods were similar to the ones obtained using the fundamentals of fracture mechanics, validating the proposed methodology. The local models, presenting different cracks, of a plate taken from the translation beam and of a piece of the translation beam, exposed to a cyclic loading, have proven feasible to estimate crack propagation on mechanical components, based on fundamentals of fracture mechanics. In order to calculate the life under fatigue defined by NBR-8800, the results obtained are consistent when compared to the results coming from the local models. |
| Subject: | Engenharia de estruturas Mecânica da fratura |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ESTRUTURAS |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/42543 |
| Issue Date: | 16-Sep-2016 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.