Dissertação
Análise da influência de trincas transversais no comportamento estático e dinâmico de eixos flexíveis
Analysis of the influence of transversal cracks on the static and dynamic bahavior in flexible shafts
Registro en:
Autor
Silva, Izabela Batista da
Institución
Resumen
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. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Dissertação (Mestrado) 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.