Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BB2KH3
Tipo: | Dissertação de Mestrado |
Título: | Predição de vida em fadiga de uma roda de caçambas utilizando mecânica da fratura linear elástica |
Autor(es): | Bruno Lopes Barcelos |
Primeiro Orientador: | Ernani Sales Palma |
Primeiro membro da banca : | Carlos Alberto Cimini Junior |
Segundo membro da banca: | Claysson Bruno dos Santos Vimieiro |
Resumo: | Este trabalho apresenta o estudo de propagação de trinca na junta soldada de uma roda de caçambas que apresentou falha em campo após aproximadamente um ano de operação. Esta junta está localizada na transição entre o cubo do eixo de acionamento e a estrutura principal da roda de caçambas. Foram adotados os conceitos da Mecânica da Fratura Linear Elástica na análise. Os carregamentos resultantes do processo de escavação do material foram aplicados a um modelo de elementos finitos, a partir do qual se obtiveram as tensões atuantes na região fraturada. Alguns aspectos relacionados à junta soldada foram considerados na análise, tais como a ocorrência de tensões residuais na estrutura e o fator de amplificação do fator de intensidade de tensões devido à geometria da solda. Também foi levado em conta o fenômeno de fechamento de trinca, em função da presença de tensões compressivas no ciclo de carregamento. Devido à geometria peculiar da junta soldada, o fator de intensidade de tensões foi obtido de forma numérica para as trincas semielípticas e trincas passantes pela espessura consideradas, levando-se em conta a atuação de carregamentos de tração e de cisalhamento. A propagação foi avaliada tendo como direção preferencial tanto a profundidade quanto o comprimento da trinca, sendo adotada a equação de Walker (consideração do efeito da razão de tensões) para a determinação da taxa de propagação. Uma vida em fadiga coerente com a estimativa do número de ciclos até a falha da roda de caçambas foi obtida quando considerada a propagação de uma trinca preexistente na estrutura, em um campo de tensões residuais trativas através da espessura da chapa e ao longo do cordão de solda. Avaliou-se que a vida em fadiga com base em curvas S-N, para um detalhe de solda similar ao da junta soldada em estudo, foi superior ao número de ciclos estimado até a falha da roda de caçambas, indicando que algum defeito pode ter permanecido após a fabricação da roda e comprometido sua vida útil |
Abstract: | This work presents the study of crack propagation in the welded joint of a bucket wheel that failed in field after approximately one year of operation. This joint is located at the transition between the hub of the drive shaft and the main body of the bucket wheel. The concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics were adopted in the analysis. The loads resulting from the material excavation process were applied to a finite element model, from which the stresses in the fractured region were obtained. Some aspects related to the welded joint were considered in the analysis, such as the occurrence of residual stresses in the structure and the magnification factor of the stress intensity factor due to the weld geometry. The crack closure phenomenon was also considered, due to the presence of compressive stresses in the loading cycle. Due to the peculiar geometry of the welded joint, the stress intensity factor was numerically obtained for the semi-elliptical cracks and through-thickness cracks considered, taking into account tensile and shear loads. The propagation was evaluated with the preferential direction of both the depth and the length of the crack, using the Walker equation (consideration of the stress ratio effect) for determining the propagation rate. A fatigue life consistent with the estimation of the number of cycles until the failure of the bucket wheel was obtained when considering the propagation of a preexisting crack in the structure in a field of residual tensile stresses across the thickness of the plate and along the weld bead. It was evaluated that fatigue life based on SN curves, for a weld detail similar to the weld joint under study, was higher than the estimated number of cycles until the bucket wheel failure, indicating that some defect may have remained after manufacture of the wheel and compromised its useful life |
Assunto: | Juntas soldadas Fadiga Tensões residuais Mecânica da fratura Engenharia mecânica |
Idioma: | Português |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BB2KH3 |
Data do documento: | 17-Dez-2018 |
Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
dissertacao_bruno_lopes_barcelos_final.pdf | 6.98 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.