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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48951| ORCID: | http://orcid.org/0009-0008-2542-9846 |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Modelagem numérica para predição da perda de pré-tensão em juntas aparafusadas |
| Alternate title (s): | Numerical modeling for predicting preload loss in bolted joints |
| Author: | Naves, Saint Clair |
| First Advisor: | Silva, Leonardo Rosa Ribeiro da |
| First coorientator: | Cardoso, Raphael Araujo |
| First member of the Committee: | Pereira, Artur Camposo |
| Second member of the Committee: | Silva Junior, Washington Martins da |
| Summary: | As juntas aparafusadas são amplamente empregadas em sistemas mecânicos e estruturais devido a características como versatilidade, facilidade de montagem e capacidade de suportar condições complexas de carregamento. Entretanto, sob carregamento dinâmico, essas juntas podem sofrer perda progressiva de pré-carga, fenômeno conhecido como autoafrouxamento, que compromete a integridade estrutural e pode resultar em falhas catastróficas. No presente trabalho conduz-se uma investigação experimental e numérica da perda de pré-carga em juntas aparafusadas submetidas a excitação dinâmica transversal. Desenvolve-se um aparato experimental composto por duas placas de aço do tipo flange conectadas por um estojo fabricado em aço ASTM A320 L7, instrumentado com extensômetros elétricos de resistência posicionados no interior de uma ranhura longitudinal usinada ao longo do eixo do parafuso, possibilitando o monitoramento contínuo e direto da evolução da pré-carga. O carregamento dinâmico foi aplicado por meio de uma máquina de ensaios servohidráulica operando sob controle de deslocamento, investigando-se três configurações distintas, com variação do diâmetro nominal do estojo e da frequência de excitação. Emparalelo, desenvolve-se um modelo de elementos finitos que contempla as interações de contato, os efeitos de atrito, a aplicação da pré-carga e as condições de carregamento transversal cíclico. Uma metodologia de correção do coeficiente de atrito baseada na área efetiva de contato entre filetes é proposta para compensar a idealização geométrica do modelo, no qual o contato simultâneo em ambos os flancos do filete superestima a resistência de atrito observada nos ensaios. Omodelo corrigido reproduz com sucesso a redução progressiva da pré-carga para os três casos analisados, apresentando boa concordância com os resultados experimentais. Isso evidencia o papel determinante do coeficiente de atrito na interface dos filetes sobre o mecanismo de autoafrouxamento e demonstra o potencial do método dos elementos finitos como ferramenta complementar aos ensaios experimentais, viabilizando investigações paramétricas com menor custo operacional e maior flexibilidade de análise. |
| Abstract: | Bolted joints are widely employed in mechanical and structural systems due to characteristics such as versatility, ease of assembly, and the ability to withstand complex loading conditions. However, under dynamic loading, these joints may experience a progressive loss of preload, a phenomenon known as self-loosening, which compromises structural integrity and may result in catastrophic failure. The present work conducts an experimental and numerical investigation of preload loss in bolted joints subjected to transverse dynamic excitation. An experimental apparatus was developed, consisting of two flange-type steel plates connected by a stud manufactured from ASTM A320 L7 steel, instrumented with electrical resistance strain gauges positioned inside a longitudinal groove machined along the bolt axis, enabling continuous and direct monitoring of preload evolution. Dynamic loading was applied using a servo-hydraulic testing machine operating under displacement control, with three distinct configurations investigated, varying the stud nominal diameter and the excitation frequency. In parallel, a finite element model was developed, incorporating contact interactions, frictional effects, preload application, and cyclic transverse loading conditions. A friction coefficient correction methodology based on the effective contact area between thread flanks is proposed to compensate for the geometric idealization of the model, in which simultaneous contact on both thread flanks overestimates the frictional resistance observed in the tests. The corrected model successfully reproduces the progressive preload reduction for all three investigated cases, showing good agreement with the experimental results. These findings highlight the decisive role of the thread interface friction coefficient in the self-loosening mechanism and demonstrate the potential of the finite element method as a complementary tool to experimental testing, enabling parametric investigations with lower operational costs and greater analytical flexibility. |
| Keywords: | Juntas aparafusadas Perda de pré-Carga Autoafrouxamento Análise de elementos finitos Carregamento dinâmico Bbolted joints Finite element analysis Dynamic loading Preload loss Self-loosening |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
| Subject: | Engenharia mecânica Juntas (Engenharia) Força (Mecânica) |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
| Quote: | NAVES, Saint Clair Alves. Modelagem numérica para predição da perda de pré-tensão em juntas aparafusadas. 2026. 88 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.498. |
| Document identifier: | https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.498 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48951 |
| Date of defense: | 1-Jul-2026 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS |
| Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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