[pt] A maioria dos componentes estruturais possui entalhes ou detalhes geométricos
de transição, tais como furos e ombros, que são necessários para montar
e/ou para operá-los. Estes entalhes aumentam localmente as tensões nominais que
atuariam em sua localização, caso eles não existissem. Efeitos da concentração de
tensão são importantes em muitos mecanismos de falha, como por exemplo, na iniciação
de trincas por fadiga. No entanto, os tradicionais raios circulares, usados
na maioria dos elementos estruturais para aliviar os efeitos da concentração de
tensão, não são os mais adequados para minimizá-los. Elementos estruturais naturais,
tais como galhos de árvores, depois de milhões de anos de evolução aprenderam
a usar raio de curvatura variável em vez do raio constante. Mas apesar deste
problema ter sido reconhecido há muito tempo, raios variáveis ainda não são muito
usados em projeto mecânico. A prática usual é especificar entalhes com os
maiores raios possíveis, uma vez que eles podem ser facilmente fabricados em
máquinas-ferramentas tradicionais. Entretanto, entalhes de raios variáveis corretamente
especificados podem ter fatores de concentração de tensão muito mais
baixos do que aqueles obtidos por raios constantes. Logo, eles podem ser uma boa
opção para aumentar a vida à fadiga, sem afetar significativamente as dimensões
globais e o peso dos componentes estruturais. Além disso, hoje em dia eles podem
ser facilmente fabricados com precisão, devido à disponibilidade de máquinasferramentas
CNC. Esta dissertação tem como objetivo quantificar a melhoria da
concentração de tensão que pode ser obtidas através de receitas tradicionais de
raios variáveis, e apresenta uma rotina numérica desenvolvida em ANSYS APDL
para otimizar geometria de entalhes tais como ombro de placas submetidas a tensão
ou flexão, placa com furo submetido a um campo biaxial de tensões e corpos
de prova de fadiga da ASTM. / [en] Most structural components have notches, or geometric transition details
such as holes and corners which are required to assemble and/or to operate them.
These notches locally increase the nominal stresses that would act in their location,
if they were not there. Stress concentration effects are very important in
many failure mechanisms, such as fatigue crack initiation. However, the usual
constant radius notch tip roots, used in most structural members to alleviate their
stress concentration effects, do not minimize them. In fact, natural structural
members, such as tree branches, after many million years of evolution have
learned to use variable tip radii instead of the fixed radius typical of engineering
notches. This problem has been recognized for a long time, but variable radii
notches optimized to minimize their deleterious influence on fatigue strength still
are not widely used in mechanical design. The usual practice is to specify notches
with as large as possible constant radius roots, since they can be easily fabricated
in traditional machine tools. However, notches with properly specified variable
radius can have much lower stress concentration factors than those obtainable by
fixed notch root radii. Therefore, such improved notches can be a good design option
to augment fatigue lives without significantly affecting structural components
global dimensions and weight. Moreover, these improved notches are certainly
more useful than ever, as nowadays they can be manufactured in many structural
components, due to the wide availability of CNC machine tools. This dissertation
aims to quantify the stress concentration improvements achievable by traditional
variable radii notches receipts, and presents a numerical routine, developed in
ANSYS APDL to optimize notch shapes of mechanical components such as
shoulders in plates subjected to tension or bending, plates with a hole subjected to
a biaxial stress field, and standard ASTM fatigue test specimens.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:21361 |
| Date | 22 March 2013 |
| Creators | DANIEL DE ALBUQUERQUE SIMOES |
| Contributors | JAIME TUPIASSU PINHO DE CASTRO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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