Análise torcional de eixo, comparativo entre os aços SAE 1020 e SAE 4340 pelos métodos analítico, experimental e elementos finitos.

Abstract

Este estudo compara o comportamento mecânico e a confiabilidade dos aços SAE 1020 e SAE 4340 submetidos a esforços de torção. A pesquisa combina os métodos analítico, experimental e de elementos finitos para avaliar o desempenho estrutural e validar os resultados experimentais com os analíticos. Para tanto, o método analítico utiliza rotinas matemáticas automatizadas em planilha eletrônica, enquanto o método por elementos finitos emprega o software Ansys para modelar e discretizar a geometria tridimensional. Sob a perspectiva experimental, a abordagem aplica níveis de torque por meio de massas em um braço de alavanca conectado a corpos de prova cilíndricos instrumentados com extensômetros elétricos de resistência. A análise revela uma convergência satisfatória entre as previsões analíticas e por elementos finitos, embora os dados experimentais apresentam maior dispersão, possivelmente devido a perdas de sinal e imperfeições na cura do adesivo de adesão do extensômetro. Na análise comparativa, o aço SAE 4340 demonstra expressiva superioridade mecânica, pois exibe menores deformações superficiais e um fator de segurança 4,2 vezes maior do que o aço SAE 1020 sob as mesmas cargas. Além disso, a liga de alta resistência apresenta menor custo relativo por megapascal de escoamento. A investigação conclui que o aço SAE 4340 oferece maior rigidez estrutural sob torção. Essa característica viabiliza o dimensionamento de eixos com diâmetros menores e menor peso, sem comprometer a segurança do projeto mecânico.