Tesis
Studies on fatigue of two contacting wires of overhead conductors : experiments and modeling
Fecha
2019-10-16Registro en:
ROCHA, Pedro Henrique Correa. Studies on fatigue of two contacting wires of overhead conductors: experiments and modeling. 2019. xi, 52 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.
Autor
Rocha, Pedro Henrique Correa
Institución
Resumen
Cabos condutores de energia estão sujeitos ao processo de fadiga quando submetidos a vibrações induzidas pelo vento. As falhas por fadiga são encontradas normalmente em fios localizados em regiões onde o movimento do cabo é restringido como, por exemplo, em grampos de suspensão e amortecedores de vibração. Mais especificamente, as falhas por fadiga em cabos condutores de energia ocorrem na região de contato entre fios ou entre fios da camada externa e o grampo de suspensão. Portanto, entender interações de contato locais pode resultar em uma melhor compreensão do comportamento à fadiga do cabo. O objetivo deste trabalho é apresentar contribuições a respeito do processo de fadiga associado ao contato entre fios de cabos condutores de energia. O trabalho é apresentado em duas partes. Na primeira parte, um modelo para predição de vida de dois fios de cabos condutores de energia em contato sob condições de fadiga é desenvolvido. Para levar em consideração o alto gradiente de tensão logo abaixo do contato, é feita uma média da distribuição de tensão na zona de dano do fio. O tamanho característico da zona de dano é determinado pelo ajuste do modelo a dados experimentais de corpos de prova contendo entalhes afiados. A avaliação do modelo de fadiga foi feita utilizando fios da liga de alumínio 1350-H19, retirados do cabo CAA Ibis 397.5 MCM. Dados de fadiga dos fios em contato foram obtidos para cargas de contato normais iguais a 250 N e 500 N. O ângulo de inclinação entre fios era 29°, similar ao ângulo entre fios de camadas adjacentes do cabo Ibis. Para calibrar o modelo, dados experimentais de fios lisos, fios com entalhe circunferencial em V e fios com furo transversal sob carregamentos totalmente alternados foram obtidos. A maior parte das vidas previstas estão dentro do fator 3, similar a faixa de dispersão dos dados de calibração do modelo. Na segunda parte do trabalho, é apresentada uma metodologia numérico-experimental para determinar condições de carregamento de fios em contato do cabo CAL 900 MCM. Primeiramente, 9 condutores previamente testados na bancada de ensaios de cabos de transmissão de energia da Universidade de Brasília foram examinados e regiões onde as rupturas ocorreram foram identificadas. A maior parte das falhas foram detectadas na região superior da camada mais externa do cabo, próxima ao grampo de suspensão. Tensões cíclicas e estáticas em fios da região crítica de falha do cabo foram calculadas a partir de medidas obtidas de strain gages em ensaios adicionais no cabo. Identificou-se que fios na região de falha do cabo podem estar submetidos a carregamentos estáticos até 4,57 vezes maior do que na região de vão livre do cabo, enquanto que a amplitude de tensão encontrada durante o ensaio cíclico é similar ao previsto pelo modelo de Poffenberger–Swart. Para determinar a carga normal de contato entre os fios, foram feitas simulações elasto-plásticas do contato normal entre os fios utilizando o método de elementos finitos. Os resultados das simulações foram comparados às marcas da região crítica do cabo. Constatou-se que as cargas de contato podem variar entre 100 N e 1290 N na região analisada.