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Autores
Resumo(s)
Na engenharia mecânica, a manutenção dos equipamentos é uma área bastante sensível que requer a monitorização constante do comportamento mecânico dos materiais e dos componentes que constituem um sistema mecânico, a monitorização das condições de serviço, etc.. Nos motores de combustão interna de 4 tempos, tem-se registado uma frequente ocorrência de falha em veios de manivelas. Esta situação é bastante conhecida, nomeadamente na Marinha Portuguesa, devido à ocorrência deste problema nos motores diesel das fragatas da classe “Vasco da Gama”, navios de elevado empenho operacional,
o que compromete o seu desempenho e total disponibilidade. Conforme referido anteriormente, os motores em análise têm apresentado um número significativo de falhas no veio de manivelas, sendo um objeto de interesse a ser estudado e avaliado. Como base de estudo, utilizaram-se os registos recolhidos das averiguações à data das ocorrências das falhas, juntamente com os dados disponíveis acerca dos motores em questão, bem como do seu veio de manivelas, de modo a recriar, com a ajuda do programa informático de modelação CAD Solidworks ®, um modelo em três dimensões do veio de manivelas. Deste modo, foi possível analisá-lo através do método dos elementos finitos, simulando todas as condições de funcionamento do motor, a fim de se obter com o maior rigor possível o comportamento do veio de manivelas. As simulações numéricas realizadas consistiram em análises estruturais lineares e não lineares, no domínio estático, mas também na análise de frequências e modos de vibração e ainda no comportamento à fadiga do componente. Já na fase final da presente dissertação, sugerem-se possíveis
alterações na geometria do veio, de modo a reduzir as tensões induzidas. Com este trabalho conclui-se que, para as condições de carregamento utilizadas, o veio não aguenta as solicitações no regime de altas rotações, acabando por fraturar num curto tempo de vida, o que está de acordo com os casos ocorridos.
In mechanical engineering, the maintenance of equipment is a very sensitive area that constantly requires material behavior studies and his components that integrate a mechanical system, the service condition monitorization, etc. In the internal combustion 4-times engine, there has been a frequent occurrence of failure to the crankshaft. This problem is well known within our organization, Portuguese Navy, due to the occurrence of this problem in diesel engines of the frigates class "Vasco da Gama", high operational level vessel, which undertakes large-scale performance. The motors in question have shown a significant number of failures at the crankshaft, being an object of interest to be study and evaluated. As a study base will appeal to those records collected from inquiries to the date of the occurrence of failures, along with the data available on the engines in question, as well as its crankshaft, so that you can recreate it with the help of SolidWorks® an element in three dimensions and thus analyze it through the finite element method, simulating all engine operating conditions in order to get to the best possible accuracy the behavior of the crankshaft. These numerical simulations will consist of linear and nonlinear analysis in the static domain, vibration analysis and also its fatigue behavior of the material. In the final stage, suggests possible changes to the structure of the shaft in order to observe their behavior to stress concentration in order to optimize them. Whit this work is concluded that, with the actual load conditions, the crankshaft can not take requests in the high levels, and will eventually fracture in a short lifetime, which is consistent with the cases occurred.
In mechanical engineering, the maintenance of equipment is a very sensitive area that constantly requires material behavior studies and his components that integrate a mechanical system, the service condition monitorization, etc. In the internal combustion 4-times engine, there has been a frequent occurrence of failure to the crankshaft. This problem is well known within our organization, Portuguese Navy, due to the occurrence of this problem in diesel engines of the frigates class "Vasco da Gama", high operational level vessel, which undertakes large-scale performance. The motors in question have shown a significant number of failures at the crankshaft, being an object of interest to be study and evaluated. As a study base will appeal to those records collected from inquiries to the date of the occurrence of failures, along with the data available on the engines in question, as well as its crankshaft, so that you can recreate it with the help of SolidWorks® an element in three dimensions and thus analyze it through the finite element method, simulating all engine operating conditions in order to get to the best possible accuracy the behavior of the crankshaft. These numerical simulations will consist of linear and nonlinear analysis in the static domain, vibration analysis and also its fatigue behavior of the material. In the final stage, suggests possible changes to the structure of the shaft in order to observe their behavior to stress concentration in order to optimize them. Whit this work is concluded that, with the actual load conditions, the crankshaft can not take requests in the high levels, and will eventually fracture in a short lifetime, which is consistent with the cases occurred.
Descrição
Palavras-chave
Veio de manivelas. Análise não linear. Concentração de tensões. Fadiga. Método dos elementos finitos (MEF).