Experimental and numerical curves of the stress concentration factors for annular specimens submitted to rotation and manufactured in perlitic gray iron / Curvas experimentais e numericas de fatores de concentração de tensão em corpos anulares de ferro fundido cinzento submetidos a rotação

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

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

ASSUNTO(S)

ciencia - historia discos - rotação tensão - concentração stress concentration factor centrifugation centrifugação metodo dos elementos finitos finite element method science stress in specimens with rotation

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