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Desenvolvimento de ferramenta numérica para o estudo de propagação de fendas por fadiga usando software comercial de elementos finitos
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Authors
Abstract(s)
O fenómeno de fadiga é uma das principais causas de falha dos componentes mecânicos sujeitos
a cargas cíclicas. É um processo de alteração estrutural permanente, progressivo e localizado.
Este fenómeno é dividido em três etapas: i) nucleação e iniciação da fenda; ii) propagação
estável da fenda; iii) e rotura do material. Devido ao facto da fadiga ser um fenómeno bastante
complexo e depender de inúmeras variáveis, muita da investigação desenvolvida foca-se em
apenas uma das suas fases. Devido ao desenvolvimento da tecnologia informática, a aplicação
de métodos numéricos avançados, mais precisamente o método dos elementos finitos, tem-se
mostrado bastante eficaz, permitindo o desenvolvimento de ferramentas para estimar o tempo
de serviço de componentes, prevenindo assim a sua rotura. Uma das abordagens numéricas
mais eficientes é a técnica de remalhagem adaptativa. Contudo, esta técnica requer um conjunto
muito específico de sub-rotinas, relativamente complexas, que não se encontram disponíveis
nos principais softwares generalistas de elementos finitos.
O objetivo deste trabalho e o desenvolvimento de uma ferramenta numérica, baseada na técnica
de remalhagem adaptativa, para interação com o software comercial de elementos finitos
ANSYS que permita estudar, de forma simples e rápida, fenómenos de propagação de fendas
por fadiga, sem necessidade de conhecimentos específicos sobre a técnica numérica. Assim,
utilizando o software ANSYS, é criado um modelo tridimensional de elementos finitos, a partir
do qual se obtém o campo de deslocamentos da peça fissurada; depois, são calculados os
avanços nodais da frente de fenda; e, em seguida, é definida uma nova frente de fenda. Após o
desenvolvimento da ferramenta, procedeu-se à validação dos resultados, comparando as
previsões numéricas com as formas de fenda obtidas experimentalmente. Por fim, foi estudado
o efeito de diferentes variáveis na evolução da forma da fenda, nos fatores de intensidade de
tensão e na vida da fadiga.
Description
Keywords
Método dos elementos finitos Técnica de remalhagem adaptativa Fadiga ANSYS Evolução da forma de fenda Propagação automática de fenda