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Não faz sentido debater quem entre estes está a esticar mais os músculos e quem tem maior probabilidade de falhar primeiro devido à fadiga. Isso porque temos uma solução FEA de classe mundial para fazer isso por nós. A ideia por trás da exibição desses caracteres é perceber que é difícil prever analiticamente a localização e a gravidade dos danos com base na aplicação da carga. Além disso, pode haver infinitas maneiras de aplicar cargas na vida real, portanto, uma solução robusta contra fadiga deve ter uma caixa de ferramentas robusta para diferentes cenários de carregamento.
Vamos chamar esses Hércules de Sr. X, Sr. Y, Sr. Z e Sr. W, da esquerda para a direita. O Sr. X está carregando várias cargas ao mesmo tempo, enquanto o Sr. Y, o Sr. Z e o Sr. W estão carregando uma única carga. O Sr. Z tem uma situação única em que as cargas são todas compressivas de cima para baixo com uma única mão. A dor do Sr. W pode ser bem percebida na imagem, e ele é pego por cargas aplicadas nas mãos enquanto todos os danos acontecem na parte inferior das costas. O Sr. X carrega a carga mais pesada, mas pode não ser o primeiro a ficar cansado, pois as cargas são distribuídas uniformemente por todas as suas costas. Quanto mais pensamos quem vai nocautear primeiro, mais ficamos confusos.
Os engenheiros que projetam produtos e são responsáveis por colar uma etiqueta de garantia em seus produtos estão em situação semelhante, exceto aqueles que usam soluções de durabilidade SIMULIA para estimativas de ciclo de vida e danos. Embora existam muitos desafios na realização de uma simulação precisa de durabilidade, neste blog estamos nos concentrando exclusivamente nos diferentes cenários de carregamento e em como capturá-los no Fe-Safe.
Diferentes cenários de carregamento em durabilidade
O cenário de carregamento inclui a natureza da carga em si e sua aplicação. A carga pode ser uma carga de amplitude constante ou de amplitude variável. Por exemplo, a carga gerada pelo movimento do virabrequim tem amplitude constante, enquanto a carga gerada por buracos em uma estrada irregular é uma carga de amplitude variável.
Conforme discutido anteriormente, pode haver algumas cargas atuando ao mesmo tempo, no mesmo local ou em vários locais. Se o modelo for não linear então o cenário de carregamento deverá ser abordado na análise de elementos finitos correspondente. No entanto, no caso de modelos lineares, faz sentido realizar FEA de carga unitária separadamente e dimensionar e combinar as cargas para durabilidade. Fe-Safe tem a capacidade de combinar cargas de cargas individuais.
Algoritmo de fluxo de chuva: A fadiga é sempre calculada em número de ciclos, pois cada ciclo tem um dano associado que se acumula. A grande questão a seguir é como calcular o número de ciclos de uma carga de amplitude variável! Parece tão barulhento. A resposta é o método de contagem Rainflow comprovado pela indústria, que pode calcular o número efetivo de ciclos de uma carga variável.
Além disso, cargas variáveis abaixo do limite de resistência também podem causar fadiga. O Fe-Safe aborda esse comportamento físico estranho, mas real, modificando a curva SN em caso de amplitude variável. Na vida real, a maior parte dos danos vem das amplitudes de carga abaixo do limite de resistência devido ao carregamento de amplitude variável.
Modelagem de durabilidade não linear em Fe-Safe
Lembrando que existem três grandes tipos de Não Linearidades: Geométricas, Materiais e de Contato. Em qualquer um destes casos, a abordagem de superposição de cargas não funciona. Embora o Fe-Safe ainda seja o melhor candidato no mercado para resolver casos de durabilidade não linear, também é necessário um solucionador FEA não linear competitivo para obter tensões corretas. Esse solucionador é Abaqus claro.
A situação mais simples é a geometria não linear, como em grandes deformações. Um exemplo comum é o movimento do virabrequim através do disparo do pistão (assumindo que não há fluência e fadiga térmica). Em grandes problemas de movimento, a carga unitária e a superposição não funcionam. Toda a análise de tensão de movimento deve ser feita primeiro em FEA não linear. Mais tarde, o Fe-Safe deve ser alimentado com uma sequência de conjuntos de dados de estresse.
O próximo aspecto não linear é o material. A plasticidade local é fácil de resolver no Fe-Safe usando a correção de plasticidade de Neuber. Nada precisa ser mudado no modelo FEA. A plasticidade global requer uma definição de material não linear no modelo FEA. O Fe-Safe requer informações de tensão e deformação dos resultados da análise FEA. Eventos de plasticidade total são geralmente de natureza de ciclo muito baixo e alta amplitude, como fadiga termomecânica e de elastômero.
Carregamentos de vários blocos
Muitos cenários de carregamento da vida real são de natureza sequencial, nos quais os eventos de fadiga são encadeados um após o outro. É mais comum na indústria de transporte e mobilidade. Veja o exemplo de um carro dirigido por 160 quilômetros em diferentes tipos de terreno. Cada terreno tem suas próprias estradas caracterizadas pelo tipo de cascalho utilizado, buracos, disjuntores, etc. No sentido Fe-Safe, cada terreno tem seus próprios sinais de carga variável no espaço tridimensional.
A análise de fadiga de tal cenário multieventos exigiu o método de carregamento de vários blocos disponível no Fe-Safe. Cada bloco possui seus próprios sinais de carga variável associados a tensores de tensão de carga unitária nas respectivas direções. Esses blocos são empilhados um sobre o outro. Se o sequenciamento for importante, ele pode ser considerado. O Fe-Safe pode calcular a vida útil total em fadiga do evento, bem como os danos causados por bloco para fornecer mais informações sobre os ciclos prejudiciais. No caso de não linearidade, os sinais de carga variável em cada bloco são substituídos por conjuntos de dados tensão-deformação.
Fe-Safe é um código de fadiga muito abrangente. Existem muitos cenários de carregamento avançados disponíveis, como combinação de cargas de alto e baixo ciclo, fadiga baseada em ruído e vibração, incluindo PSD.
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