analise fadiga 1
Post on 14-Apr-2017
257 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ANÁLISE DE FADIGA - SOLIDWORKS
ESTUDO DE FADIGA
Impelidor da turbina
Pretende-se estudar a fadiga na estrutura da turbina (eixo + palheta), principalmente das palhetas, quando sob a ação de uma contrapressão. A rotação de trabalho é de 20000 rpm. A pressão de um fluido eleva a pressão de 1 atm para 5 atm. As palhetas, quando atingem a zona de descarga, recebem em suas superfícies o efeito dessa pressão que se propaga em todas as direções do ambiente ao qual está restrita.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
É necessário refazer o estudo estático para a ação dessa pressão de 5 atm e rodá-lo novamente para obter a tensão máxima de von-mises para depois realizar o estudo de fadiga.1ª etapa
2ª etapa
Selecionar o material para as peças.Selecionar acessórios de fixação – geometria fixa.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA3ª etapa
Editar cargas externas
Alterar para métrico e inserir 20000 rpm.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
4ª etapa
Cargas externa – seleciona Pressão
Clique nas superfícies – Observe que é necessário limitar a ação da pressão somente em uma região específica que é a parte da superfície do eixo e quatro palhetas.
5 atm = 0,5066 N/mm2
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
5ª etapa
Criar malha
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
6ª etapa
Executar estudo e obter resultados
Tensão máxima: 270,616 MPa
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
RESULTADOS
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
RESULTADOS
Deslocamento resultante máximo: 0,346mm = 346μm
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
RESULTADOS
FATOR DE SEGURANÇA: 2,3
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGACRITÉRIOS DE FALHA POR FADIGA SOB TENSÕES FLUTUANTES
- SODERBERG (1)- GOODMAN MODIFICADO (2)- GERBER (3)- ASME – ELÍPTICA (4)- LANGER DE ESCOAMENO (5)
Somente o critério de falha SODERBER protege contra o limite de escoamento, mas é o critério mais conservador entre todos.
1
2
3
4
5
Sut – limite de resistência do materialSy – limite de escoamento do material.Sm – resistência médiaSa – resistência alternanteSe – resistência à fadiga
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGACRITÉRIOS DE FALHA POR FADIGA SOB TENSÕES FLUTUANTES
SODERBERG 𝝈𝒂
𝑺𝒆+𝝈𝒎
𝑺𝒚=𝟏𝒏
GOODMAN MODIFICADA𝝈𝒂
𝑺𝒆+𝝈𝒎
𝑺𝒖𝒕=𝟏𝒏
GERBER𝒏𝝈 𝒂
𝑺𝒆+(𝒏𝝈𝒂
𝑺𝒖𝒕 )𝟐
=𝟏
ASME - elíptica (𝒏𝝈𝒂
𝑺𝒆 )𝟐
+(𝒏𝝈𝒎
𝑺𝒚 )𝟐
=𝟏
Langer escoamento𝝈𝒂+𝝈𝒎=𝑺𝒚
𝒏
ANÁLISE DE FADIGA
Tensões alternantes a partir de eventos de FADIGA
Reversão total – Os valores máximo e mínimo dos componentes de tensão possuem mesma magnitude e sentidos opostos.
Baseado em zero – O programa utiliza um dos picos do estudo estático de referência e define o outro pico como 0.
Um evento definido por uma Única Carga de Fadiga
Taxa de carga definida pelo usuário – Carga definida pelo usuário (R), o programa calcula o outro pico multiplicando o primeiro por R, sendo assim a tensão alternante é calculada da seguinte forma:
𝝈𝒂=𝑺 ∙(𝟏−𝑹)
𝟐S = valor máximo da tensão no estudo estático de referência
ANÁLISE DE FADIGA
Tensões alternantes a partir de eventos de FADIGA Um evento definido por Múltiplas Cargas de Fadiga
- Picos de diferentes cargas de fadiga – de 1 ou mais estudos estáticos;
𝑺𝑨 ∙𝑭 𝑨 ;
𝑺𝑩 ∙𝑭 𝑩 ;𝑺𝑪 ∙𝑭𝑪 ;
𝑭 𝑨 ,𝑭 𝑩 ,𝑭𝑪
Fatores de escala para definir um evento
𝑺𝑨 ,𝑺𝑩 ,𝑺𝑪
Componente de tensão no nó dos estudos A, B, e C.
- O programa calcula valores associados para os componentes SX, SY, SZ, TXY, TXZ e TYZ.
- Avalia a tensão alternante – divide-se o intervalo de flutuação da tensão por 2.- Calcula a taxa de tensão com base nos extremos de tensão calculados (Smin e
Smáx).- Várias curvas S-N ≠ taxas de tensão – O programa utiliza a interpolação linear
para extrair a tensão alternante calculada.- Uma curva S-N de média 0 e um método de correção de tensão média for
selecionado, o programa utiliza a tensão alternante corrigida em relação a curva S-N.
ANÁLISE DE FADIGA
Tensões alternantes a partir de eventos de FADIGA Correção da Tensão Média.
- A extensão dos danos causados por um ciclo de tensão depende não apenas da tensão alternante, mas também da tensão média.
- Alguns casos a tensão alternante é a mesma, mas possuem tensões médias distinta, sendo que, provocam diferentes extensões de dano – Diagrama de Haigh.
O programa utiliza a tensão de Von Mises para calcular a tensão média
𝝈𝑹=𝝈𝒎𝒂𝒙−𝝈𝒎𝒊𝒏
𝝈𝒂=𝝈𝑹
𝟐
𝝈𝑹=𝝈𝒎𝒂𝒙+𝝈𝒎𝒊𝒏
𝟐
σR = faixa de tensõesσa = tensão alternada ou variávelσm = tensão médiaσmax = tensão máximaσmin = tensão mínimaR = taxa de tensõesA = Amplitude
𝑹=𝝈𝒎𝒊𝒏
𝝈𝒎𝒂𝒙
𝑨=𝝈𝒂
𝝈𝒎
ANÁLISE DE FADIGA
Tensões alternantes a partir de eventos de FADIGA Correção da Tensão Média.
RELAÇÕES DE TENSÃO R e AMPLITUDE A.TIPO DE
CARREGAMENTORELAÇÃO (TAXA)
DE TENSÃORELAÇÃO DE AMPLITUDE
Reversão total R = -1 A =
Zero máximo R = 1 A = 0
Zero mínimo R = A = -1
Método de correção.- σca = a tensão alternante corrigida
(com base na média 0).- σy = limite de escoamento- σu = Resistência máxima
Método de GOODMAN p/ materiais dúcteis.
𝝈𝒄𝒂=𝝈𝒖 ∙𝝈𝒂
𝝈𝒖−𝝈𝒎=
𝝈 𝒂
𝟏−(𝝈𝒎𝝈𝒖 )
Método de GOODMAN p/ materiais maleáveis.
𝝈𝒄𝒂=𝝈 𝒂
𝟏−( 𝝈𝑹𝝈𝒎 )
𝟐
Método de SODERBERG – conservador.
𝝈𝒄𝒂=𝝈 𝒚 ∙𝝈 𝒂
𝝈 𝒚−𝝈𝒎=
𝝈𝒂
𝟏−(𝝈𝑹𝝈 𝒚 )
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Realizar o estudo de fadiga.- Clicar novo estudo;- Nome: Fadiga turbina;- Selecionar: Fadiga;- Ok
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Adicionar evento.- BDM Carregamento;- Selecionar: Adicionar evento....;
Ciclos: 20000 – (20000 rpm = 20000 ciclos) – cada ciclo é uma rotação completa
Tipo de carregamento: Baseado em zero (ED=0)
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Definir curvas de função (CURVA S-N).- BDM Fadiga turbina;- Selecionar: Definir curvas de função;
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Definir curvas de função (CURVA S-N).- BDM Fadiga turbina;- Selecionar: Definir curvas de função;- Selecionar: Chrome-Nickel Steel....- Salvar a curva no diretório de trabalho;- Exibir;- Salvar a curva no diretório de trabalho;
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Definir as propriedade do estudo de fadiga.- Tensão equivalente (Von Mises);- Fator de redução de resistência à
fadiga (Kf) – digitar 1.0;
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Associação de estudo.- BDM em EVENTO 1;- Clicar Editar definição;- Selecionar estudo – análise estática 2- Execute o estudo de fadiga
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Resultados- Plotagem da vida;
Mostra o número de ciclos que causam falha de fadiga em cada local.A plotagem baseia-se nas curvas S-N e na tensão alternante em cada local.
Todo o modelo apresenta a coloração referente à do gradiente de vida total (ciclo) de valor de 1x106 (um milhão de ciclos)
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Resultados- Plotagem de dano;
Mostra a porcentagem de vida da estrutura consumida pelos eventos de fadiga definidos. Exemplo: Um fator de dano de 0,2 em um local indica que os eventos de fadiga consomem 20% da vida útil da estrutura
Todo o modelo apresenta a coloração referente à do gradiente Porcentagem de dano de 2.0 (200% do modelo) – indica que deve haver danos.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Resultados- Plotagem de fator de carga;
Mostra o fator de carga de segurança de falha de fadiga em cada local.Exemplo: Fator de carga de 3,5, indica que o evento de fadiga definido causará falha de fadiga nesse local, se você multiplicar todas as cargas definidas para o estudo por 3,5 – somente quando o estudo de fadiga está definido com um evento.
O modelo apresenta fator de carga de 3,0 – em algumas regiões apresenta fator de carga aproximadamente em torno de 3,182.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Resultados- Plotagem de fator de carga –
resultado de sondaMostra o fator de carga de segurança de falha de fadiga em um local selecionado.
- Clicar BDM no resultado do fator de carga;
- Selecionar ‘Sonda’
Na caixa de Resumo são apresentados os valores de pico e médio para o fator de carga da palheta selecionada. O menor valor é FOS = 14.2; sendo que o fator de segurança no estudo estático é de 2,3.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGA
Resultados- Plotagem de indicador de
biaxialidadePlota a taxa da menor principal alternante (ignorando a tensão principal alternante mais próxima de zero) dividida pela maior tensão principal alternante. Valor -1 indicar cisalhamento puro e o valor 1 indica estado biaxial puro.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGAResultados
Teoria de danos cumulativos.- Pressupõe que um ciclo de tensão com uma tensão alternada acima do limite de
resistência inflige um dano permanente mensurável. (ocorre um deformação mensurável).
- Pressupõe que os danos totais causado por um número de ciclos de tensão são iguais à soma dos danos causados pelos ciclos de tensões individuais.
Regra do dano linear ou Regra de Miner.- Pressupõe que a curva S-N indica que são necessários N1 ciclos de uma
tensão alternada S1 para causa falha por fadiga.- Cada ciclo causa um fator de dano da vida útil da estrutura.
𝑫=( 𝒏𝟏𝑵 𝟏+ 𝒏𝟐𝑵 𝟐 )
n1 – ciclos com tensão alternada S1n2 – ciclos com tensão alternada S2N1 - # de ciclos necessários para causar falha sob S1N2 - # de ciclos necessários para causar falha sob S2
Um fator de dano de 0,35 significa que 35% da vida útil da estrutura foi consumida.
ANÁLISE DE FADIGA
ESTUDO DE FADIGAResultados
Regra do dano linear ou Regra de Miner.
- Convenciona-se que a nucleação de trinca ocorre quando a somatória é igual ou maior que 1
𝑫=∑𝒊=𝟏
𝒌 𝒏𝟏
𝑵𝟏≥𝟏
- Em muitos casos foi verificado que a soma dos danos no instante da falha é muito diferente de 1.
- Valores baixos como 0,13 significa que o carregamento é de amplitude crescente.- Valores altos como 22 significa que o carregamento é de amplitude decrescente.
top related