Curvas experimentais e numericas de fatores de concentração de tensão em corpos anulares de ferro fundido cinzento submetidos a rotação
Jose Antonio de Camargo Junior
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP C14c
[Experimental and numerical curves of the stress concentration factors for annular specimens submitted to rotation and manufactured in perlitic gray iron]
Campinas, SP : [s.n.], 2007.
133p. : il.
Orientador: Itamar Ferreira
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Resumo: Atualmente, praticamente todo o processo de desenvolvimento de componentes mecânicos que giram em alta rotação e que têm grande responsabilidade estrutural, principalmente quando fabricados em materiais de natureza frágil, como é o caso do ferro fundido, passa necessariamente por ensaios de...
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Resumo: Atualmente, praticamente todo o processo de desenvolvimento de componentes mecânicos que giram em alta rotação e que têm grande responsabilidade estrutural, principalmente quando fabricados em materiais de natureza frágil, como é o caso do ferro fundido, passa necessariamente por ensaios de centrifugação, que são realizados visando à determinação da rotação de ruptura. Além disso, os projetos atuais utilizam componentes com configurações geométricas que envolvem furos e outros tipos de concentradores de tensão. Em função disso, torna-se importante o conhecimento da influência de certos tipos de concentradores de tensão nesses componentes mecânicos. Este trabalho tem por objetivos determinar e analisar curvas de fator de concentração de tensão experimentais, por meio de ensaios de centrifugação, e numéricas, por meio de elementos finitos, em corpos anulares de espessura constante, submetidos à rotação e fabricados em ferro fundido cinzento perlítico GG25. Foram executados ensaios de centrifugação de cinco diferentes geometrias de corpos anulares: (a) sem concentrador de tensão; (b) com três concentradores de tensão do tipo semi-circular no raio interno; (c) com três concentradores de tensão do tipo semi-circular no raio externo; (d) com três furos passantes localizados nas proximidades do raio interno; (e) com três furos passantes localizados nas proximidades do raio externo. As tensões radial e tangencial foram determinadas por meio das equações clássicas para rotação de corpos anulares, sendo que a tensão equivalente foi determinada por meio do critério de von Mises, sendo esta comparada com o limite de resistência à tração do material determinada por meio de ensaios de tração. Foi também realizada uma análise simplificada por elementos finitos visando à determinação da tensão equivalente, também pelo critério de von Mises, para as cinco geometrias estudadas. Observou-se que cada geometria de descontinuidade geométrica apresenta um fator de concentração de tensão diferente a qual reduz a rotação de ruptura, quando comparada com o corpo anular sem concentrador de tensão. O corpo anular com concentrador de tensão do tipo semi-circular no raio interno possui os maiores níveis de fator de concentração de tensão médio, sendo este da ordem de 48% maior do que o sem concentrador. Por outro lado, o que apresentou menor nível de concentração de tensão foi o corpo anular com furos localizados nas proximidades do raio externo, sendo este da ordem de 5% maior do que o sem concentrador. Essas curvas poderão orientar o desenvolvimento de projetos de componentes mecânicos com relação aos efeitos dos concentradores de tensão analisados neste trabalho
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Abstract: Currently, practically all the process of development of mechanical components working in high rotation and that they have great structural responsibility, mainly when manufactured in materials of brittle nature, as it is the case of the cast iron, passes necessarily for burst tests...
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Abstract: Currently, practically all the process of development of mechanical components working in high rotation and that they have great structural responsibility, mainly when manufactured in materials of brittle nature, as it is the case of the cast iron, passes necessarily for burst tests conducted in order to determine the burst speed. Moreover, the current projects use components with geometric configurations that involve holes and other types of stress raisers. As a function of this, the knowledge of the influence of certain types of stress raisers in these mechanical components becomes important. The objectives of this work is to determine and to analyze two types of curves of stress concentration factors, experimental, by means of the burst tests, and numerical, by means of finite element method, in annular specimens of constant thickness, submitted to rotation, and manufactured in perlitic gray iron GG25. Burst tests of five different shapes of annular specimens had been executed: (a) without stress raiser; (b) with three stress raisers of half-circular shape located in the internal radius; (c) with three stress raisers of halfcircular shape located in the external radius; (d) with three stress raisers of passing holes located near the internal radius; (e) with three stress raisers of passing holes located near the external radius. The radial and tangential stresses had been determined by means of the classic equations for rotation of annular bodies, the equivalent stress was determined by means of the von Mises criterion, and this was compared with the tensile strength of the material determined from tensile tests. Also a simplified analysis of finite element method was conducted in order to determine the equivalent stress, also by using von Mises criterion, for the five studied geometry. It was observed that each shape of geometry discontinuity presents a different stress concentration factor which reduces the rupture rotation, when compared with the annular specimen without stress raiser. The annular specimen with stress raiser of the half-circular type in the internal radius posses the biggest level of average stress concentration factor, about 48% greater of that without stress raiser. On the other hand, the annular specimen with three holes near the external radius presented minor level of stress concentration, about 5% greater of that without stress raiser. These curves will be able to guide the development of projects of mechanical components with regard to the effect of the analyzed stress concentrators in this work
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Curvas experimentais e numericas de fatores de concentração de tensão em corpos anulares de ferro fundido cinzento submetidos a rotação
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