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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise da influência de trincas transversais no comportamento estático e dinâmico de eixos flexíveis
Alternate title (s): Analysis of the influence of transversal cracks on the static and dynamic bahavior in flexible shafts
Author: Silva, Izabela Batista da
First Advisor: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
First coorientator: Steffen Junior, Valder
First member of the Committee: Sanches, Leonardo
Second member of the Committee: Morais, Tobias Souza
Third member of the Committee: Dedini, Katia Lucchesi Cavalca
Summary: O monitoramento da integridade estrutural de máquinas rotativas têm sido uma importante ferramenta na indústria, garantindo condições de operação seguras para estes equipamentos. Uma técnica comumente empregada para esta finalidade se baseia na construção de modelos matemáticos que permitem a análise do sistema. Esta abordagem tem ganhado ainda mais destaque devido à capacidade de detectar pequenas alterações em parâmetros físicos, como por exemplo a redução de rigidez provocada pela existência de trincas transversais em eixos. Visto que a presença de trincas pode ocasionar falhas em máquinas rotativas e, consequentemente, gastos desnecessários, a presente dissertação propõe avaliar o comportamento estático e dinâmico de um sistema disco-eixo-mancal a fim de verificar a influência de uma trinca aberta com diferentes severidades sobre o sistema rotativo. Dois modelos de elementos finitos foram desenvolvidos nos ambientes MatLab® (modelo 1D) e Ansys® (modelo 3D), sendo que as respostas obtidas por estes modelos foram comparadas com resultados experimentais. A trinca foi inserida no modelo 1D a partir da flexibilidade adicional calculada através das relações da mecânica da fratura linear. Para isso, foram utilizados os conceitos de taxa de liberação de energia de deformação, fator de intensificação de tensão e o teorema de Castigliano. No modelo 3D a trinca foi simulada por meio de um corte realizado na seção transversal do eixo. Ajustes no comprimento do elemento finito com trinca foram necessários para aproximar os resultados do modelo 1D e experimentais.
Abstract: The structural health monitoring of rotating machines has been an important tool in the industry, providing safe operating conditions for these equipments. A commonly used technique for this purpose is based on the construction of mathematical models that allow the analyses of the system. This approach has gained even more prominence due to the ability to detect small changes in physical parameters, such as stiffness reduction as caused by the existance of cracks in shafts. Since the occurrence of cracks may cause failures in rotating machines and, consequently, unnecessary expenses, this work proposes to evaluate the static and dynamic behavior of a disc-shaft-bearing system in order to verify the influence of an open crack with different severities. Two finite element models were developed in MatLab® (1D) and Ansys® (3D model) environments and the obtained responses were compared with experimental results. A crack was inserted into the 1D model from the additional flexibility calculated through the the linear fracture mechanics theory. In this conctext, the concepts of deformation energy release rate, stress intensification factor, and Castigliano's theorem were used. Regarding the 3D model, the crack was simulated by means of a saw cut included in the cross section of the shaft. The length of the finite element with a crack was modified to approximate the results of the 1D model and experimental ones.
Keywords: Eixos flexíveis
Flexible Shafts
Trincas transversais
Transversal Cracks
Modelos de elementos finitos
Finite Element Models
Comportamentos estático e dinâmico
Static and Dynamic Behaviors
Engenharia mecânica
Máquinas - manutenção e reparos
Máquinas - monitoramento
Método dos elementos finitos
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: SILVA, I. B. Análise da influência de trincas transversais no comportamento estático e dinâmico de eixos flexíveis. 2018. 53 f. Dissertação ( Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1112.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1112
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22154
Date of defense: 29-Mar-2018
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