Entendendo as correções de tensão média com o Ansys nCode DesignLife em análises de fadiga por vibração aleatória

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Resumo

Neste blog, exploraremos a importância do Ansys nCode na análise da fadiga causada por vibrações aleatórias. Aprenderemos como o nCode ajuda a corrigir a tensão média e a prever a vida útil e a durabilidade das estruturas sujeitas a vibrações aleatórias.

O que é vida em fadiga e como entender o impacto da tensão média na vida em fadiga

Vida em fadiga refere-se ao número de ciclos que uma estrutura pode suportar antes de falhar sob cargas repetidas. É uma consideração importante no projeto de engenharia, especialmente para estruturas sujeitas a vibrações aleatórias.

Danos por fadiga, por outro lado, é o acúmulo de rachaduras microscópicas e deformações em uma estrutura causadas por cargas cíclicas. Esses pequenos danos podem crescer gradualmente e levar a uma falha catastrófica se não forem tratados adequadamente.

Compreender a vida útil e os danos por fadiga é essencial para prever a vida útil e a durabilidade das estruturas. O Ansys nCode fornece ferramentas e metodologias para avaliar e prever com precisão esses fatores, permitindo que os engenheiros otimizem seus projetos e garantam a integridade estrutural a longo prazo.

Tensão média refere-se à tensão média sofrida por uma estrutura durante o carregamento cíclico. Ela desempenha um papel importante na vida útil da fadiga, pois pode influenciar significativamente o crescimento e a propagação de trincas por fadiga. O dano por fadiga é controlado principalmente pela faixa de tensão alternada, mas a tensão média durante o ciclo de tensão também pode afetar o dano por fadiga.

Níveis elevados de tensão média de tração podem acelerar os danos por fadiga e reduzir a vida útil geral de uma estrutura. Por outro lado, as correções da tensão média podem ajudar a incluir os efeitos negativos da tensão média, melhorando a fidelidade do resultado.

O Ansys nCode oferece técnicas avançadas de correção de tensão média que permitem que os engenheiros considerem o impacto da tensão média na vida útil da fadiga.

Ansys nCode DesignLife e Análise de Fadiga por Vibração Aleatória

Figura 1: Esquema do projeto

Para habilitar o Ansys nCode DesignLife e utilizar seus métodos de correção de tensão média para análise de fadiga por vibração aleatória, seguiremos as etapas descritas abaixo. Além disso, o esquema do projeto pode ser consultado na Figura 1.

1. Em primeiro lugar, uma análise estrutural estática é configurada onde a tensão média é aplicada. Isso nos permite levar em conta a influência da tensão média sobre a vida útil da fadiga.
2. Em seguida, uma análise modal de pré-esforço é realizada para levar em conta as alterações de rigidez nas estruturas e permitir o uso do método de superposição de modo para nossa análise dinâmica linear.
3. Para obter a função de resposta em frequência (FRF) a partir de tensões complexas, uma análise harmônica é resolvida com uma excitação unitária em toda a faixa de frequência de interesse.
   • É importante garantir que o carregamento seja consistente com os espectros de PSD. No nosso caso, o espectro PSD é medido em G^2/Hz, e a carga harmônica é definida como 1g.
4. Por fim, é configurado o software nCode DesignLife, que utiliza os arquivos .rst da análise harmônica e mapeia a carga PSD para o sistema a fim de calcular o resultado da vibração aleatória e o resultado da fadiga.

Figura 2: Configurações de análise do DesignLife

A primeira etapa na configuração da análise é determinar o método de correção da tensão média, conforme mostrado na Figura 2. Há dois métodos principais para incluir o efeito da tensão média:

1. Usar curvas S-N distintas de dados de teste que foram desenvolvidos usando diferentes níveis de tensão média. Se a tensão média real estiver entre essas curvas, os resultados serão interpolados.

2. Ajustar a faixa de tensão alternada usando uma teoria de correção de tensão média. As teorias mais amplamente usadas para a fadiga SN são Goodman e Gerber. É importante que os dados do teste S-N contenham uma curva desenvolvida sem tensão média (R = -1).

Figura 3: Inclusão do resultado da análise estrutural estática como tensão média

Outra etapa crucial a ser incluída em nossa análise do nCode DesignLife é a configuração da opção Static Load Case Environment (Ambiente de caso de carga estática). Ao escolher o ambiente estático, podemos considerar seus resultados como tensão média para o cálculo de fadiga, conforme mostrado na Figura 3, de modo que a tensão média extraída do caso de carga de deslocamento estático é usada para deslocar a média de todos os ciclos na contagem de fluxo de chuva prevista.

O senhor pode obter insights valiosos assistindo ao vídeo instrutivo abaixo, que o guiará pelo processo de utilização do Ansys nCode DesignLife para analisar os efeitos da tensão média em uma estrutura sob carga de vibração aleatória.

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