UNESP – UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA / CAMPUS DE GUARATINGUETÁ

ANÁLISE DE FALHA POR FADIGA UTILIZANDO ELEMENTOS FINITOS

PROF˚. DR. FERNANDO DE AZEVEDO SILVA

RELATÓRIO DO EXERCÍCIO 5 (05/11/2015):

ANÁLISE DE FADIGA POR MEF EM UMA PLACA PLANA

LUCAS DIAS BRAGA

Introdução

O quinto exercício realizado no ANSYS consiste em analisar a vida em fadiga de uma placa plana que possui em entalhe em V. Este exercício introduz o elemento sólido tipo PLANE182, o qual é utilizado para modelar estruturas sólidas 2-D e pode ser utilizado como um elemento plano ou um elemento axissimétrico. O elemento possui 4 nós e possui como graus de liberdade apenas translações nas direções X e Y (UX e UY).

Materiais e Métodos

Os primeiros passos da etapa de pré-processamento consistem em definir o local de trabalho (Working Directory), o nome do arquivo (Job Name) e o seu respectivo título (Title):

Working Directory = C:\Users\Lucas Braga\Desktop\EXERCÍCIO 5

Job Name = Exercicio 5

Title = ANÁLISE DE FADIGA POR MEF EM UMA PLACA PLANA

O sistema de unidades internacional (SI) foi definido para trabalho através da linha de comando:

/UNITS,SI

O próximo passo consiste em definir o elemento a ser utilizado para simular a viga e o material proposto para a análise (módulo de elasticidade, densidade e coeficiente de Poisson). Conforme informado na introdução, o elemento escolhido é o PLANE182, e o mesmo é utilizado como um elemento com espessura (K(3)=3 / Plane stress with thickness). As figuras a seguir ilustram a escolha do material e do elemento utilizado nesta análise.

A malha do modelo deve ser criada através de uma área, sendo que a mesma é criada através de linhas que por sua vez são criadas através de keypoints. A espessura da placa é definida através de uma Real Constant associada ao elemento PLANE182.

A malha foi refinada apenas ao redor do entalhe totalizando 2866 elementos e 2959 nós.

Para fazer a análise de fadiga foi necessário realizar duas análises estáticas referentes ao carregamento de tração e compressão da mesma. Para isso, foi aplicada restrição total nos nós da extremidade esquerda da placa (UX e UY), e na extremidade direita foi aplicada uma pressão constante equivalente à 10 MN/m. A condição de contorno e a carga aplicada no modelo (exemplo para compressão) são ilustradas na figura seguinte:

A análise de fadiga é realizada com base nos resultados obtidos para o nó 25, o qual representa o nó crítico verificado na análise estática conforme ilustrado na figura seguinte:

Para o nó 25 foi associado um fator de concentração de tensões constante igual a 2.

As tensões associadas aos dois eventos (tração e compressão) são ilustradas na figura seguinte:

Os dados da curva S-N utilizados no exercício são os seguintes:

Resultados

O resultado do cálculo de fadiga considerando um número de ciclos equivalente à 1E+05 é apresentado a seguir:

Conclusões

Os resultados indicam que o dano de fadiga acumulado nos dois nós é bem inferior a 1 e portanto, a placa não falhará por fadiga. Também foi realizado um teste com um fator de escala 2 no carregamento e, nesse caso, é interessante perceber que o dano por fadiga passou para 4.48, ou seja, a placa falharia por fadiga, e apesar da carga ter dobrado, o dano por fadiga aumentou 312 vezes.