Análise estrutural numérica de uma máquina de ensaio de fadiga flexo rotativa

Abstract

A fadiga é gerada devido a variações de tensões dinâmicas, sendo um fenômeno que altera de maneira irreversível, progressiva e localizada a estrutura do material. Esta tende a gerar e propagar trincas no material até a ruptura total do componente, em determinado número de ciclos. Devido a sua ruptura repentina inúmeros prejuízos são gerados por esta falha, o que a torna objeto de estudo muito visado e importante, tanto no meio industrial como acadêmico, principalmente no que se refere a fadiga flexo-rotativa, fadiga esta que geralmente ocorre em eixos de transmissão de movimento rotativo. Dito isto, este trabalho se concentra em apresentar as etapas construtivas de uma máquina ensaios de fadiga flexo-rotativa, bem como realizar uma análise estrutural numérica deste equipamento, assim verificando sua confiabilidade. No destarte a metodologia, primeiramente serão abordadas as etapas de projeto conceitual, dimensional e construção da máquina, em sequência serão realizadas análises numéricas, inicialmente com as análises modais dos principais itens que compõe a máquina de fadiga (estrutura, eixo e corpo de prova). Apresenta-se também uma curva numérica de tensão por número de ciclos para o aço ABNT 1020, após realiza-se uma análise de fadiga do corpo de prova; e finalmente um ensaio de fadiga experimental para apreciação das marcas características de uma falha por fadiga. A máquina demonstrou-se rígida através das análises modais, visto que as frequências da estrutura, eixo e corpo de prova são elevadas, 36,65 Hz, 1774,77 Hz, e 1446,93 Hz, respectivamente. Este mesmo ensaio prova que a estrutura é livre do fenômeno de ressonância visto que as frequências naturais não são de mesma ordem de magnitude. Portanto a estrutura é rígida o suficiente para fornecer um ensaio livre de vibrações indesejáveis, não influenciando nos resultados experimentais. No que diz respeito ao sistema de controle eletrônico por Arduino UNO, este se mostrou confiável tanto na contagem de ciclos quanto no ligar/desligar da máquina. A análise de vida dos mancais demonstra que os mesmos possuem vida útil elevada, sendo de aproximadamente 5500 ensaios de vida infinita. Desta forma a máquina construída apresenta-se confiável, precisa e segura para ensaios experimentais a curto e longo prazo, sendo possível a geração precisa de curvas S-N experimentais para diferentes materiais.