robótica
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Américo Costa Engenheiro Mecânico – FEUP Departamento de Formação do CENFIM
portugal 3d
Estudo comparativo para o cálculo de tensões de rotura em componentes mecânicos INTRODUÇÃO Os departamentos de projeto da indústria carecem de validar e aprovar novas soluções geométricas para os diferentes componentes que concebem. A exigência crescente para que nos novos produtos respondam a critérios cada vez mais exigentes de resistência mecânica, e que em simultâneo, apresentem soluções construtivas mais económicas, esbeltas e esteticamente apelativas leva que haja uma necessidade constante de ensaios e testes práticos que validem os seus protótipos. As ferramentas de CAD [Computer-Aided Design] usadas na indústria possuem ferramentas de análise por elementos finitos que analisam as soluções concebidas, mas que apresentam divergências, devido à interpretação errónea dos seus resultados. As divergências resultam da forma distinta como sempre calculamos as tensões equivalentes, nas diferentes secções criticas dos componentes. Os softwares de análise de elementos finitos calculam os fatores de segurança ponto a ponto, usando as respetivas tensões máximas encontradas, enquanto que os cálculos efetuados pelos profissionais, com recurso a diversos formulários técnicos, são baseados nas tensões médias dessas secções. O objetivo deste trabalho visa definir critérios de análise que permitam aos profissionais antever, com muito mais rigor, os resultados a obter em futuros em ensaios práticos. Para a realização deste trabalho, selecionamos um grupo distinto de ligadores elétricos. Os ligadores elétricos são componentes, fabricados em distintos materiais metálicos que visam o suporte e fixação de cabos elétricos. Com recurso a múltiplas simulações e ensaios práticos efetuados pretende-se encontrar um padrão comparativo, para que seja possível, em análises futuras, prever com algum rigor carga de rotura de um componente.
DESENVOLVIMENTO Para absorver as cargas mais variadas, os componentes mecânicos necessitam de ser concebidos e projetados segundo as geometrias mais variadas e em simultâneo procurando sempre minimizar a quantidade de matéria prima a usar para o seu fabrico. Para se atingir com sucesso estes objetivos é primordial que se façam análises, com recursos a ferramentas de elementos finitos, durante a sua fase de conceção e de projeto. Nas diferentes análises realizadas as tensões equivalentes apresentadas representam os valores máximos calculados ponto a ponto. O coeficiente de segurança apresentado resulta também do cociente entre a tensão admissível para o material e a tensão máxima encontrada, e é neste ponto em que a realidade dos ensaios práticos diverge das análises executadas em computador. Os resultados dos ensaios práticos demonstram que a rotura total dos componentes acontece sempre que determinadas
secções criticas atingem, na sua globalidade, determinadas tensões limite e não porque determinados pontos isolados da sua geometria alcançam essas tensões limites. Isto significa que são as tensões médias em determinadas secções criticas que são determinantes para a rotura total dos componentes. Os valores máximos das tensões equivalentes calculadas ponto a ponto serão sempre maiores que as tensões médias. Esta discrepância entre os valores máximos e médios das tensões equivalentes resulta que nos ensaios práticos, os componentes mecânicos apresentam valores em testes de resistência mecânica manifestamente superiores às analises realizadas em ferramentas de análise por elementos finitos. Esta realidade acaba por desvirtuar o trabalho de análise do projetista no uso destas ferramentas de cálculo de resistência. O que seria desejável era que a interpretação dos resultados obtidos em simulações pudessem ajudar a antever, com o máximo rigor, os resultados a obter em futuros ensaios práticos.
SIMULAÇÕES E ENSAIOS PRÁTICOS DE RESISTÊNCIA O trabalho seguinte, consiste na realização de um conjunto de ensaios práticos à rotura, de diferentes componentes mecânicos, seguidos de uma análise feita em computador recorrendo a um dos softwares de CAD usadas na industria metalomecânica.
COMPONENTE C14D41103-1 O primeiro componente a ser analisado é um ligador elétrico com a referência, Figura 1, designado por Meia Forquilha “R”, cujo o material é o aço DOMEX 460 e com as dimensões indicadas na Figura abaixo.
Figura 1. Componente C14D41103-1.
O componente C14D41103-1 foi ensaiado três vezes à tração até à rotura, e os resultados desses ensaios, são apresentados são visíveis na Figura 2. E visível na Figura 2 a zona crítica dos componentes onde acontece a rotura.