Análise numérica e experimental de fadiga de virabrequins

Orientador: Marco Lúcio BittencourtDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os virabrequins estão sujeitos a cargas elevadas em motores de combustão interna, levando a ciclos de tensão de flexão e torção. Falha por fadiga é uma grande preocupação no design de virabrequins, sendo necessárias muitas horas de teste de fadiga, tornando o projeto caro e extenso. Com o objetivo de reduzir custo e tempo de projeto, utilizamos o método de elementos finitos para estimar condições do teste e distribuição de tensões no virabrequim sob flexão. Nós verificamos a precisão do modelo comparando os resultados numéricos com dados experimentais obtidos por um aparato de teste de fadiga em flexão ressonante, que nós desenvolvemos e construímos. O aparato ressonante é usado para obter dados de fadiga de amostras de virabrequins usando o método staircase. Experimentos adicionais como teste de tração e fadiga em corpos de prova fornecem dados suplementares sobre o material do virabrequim. Por fim, apresentamos um modelo de campo de fases para dano, fratura e fadiga para simular nucleação e propagação de trinca. Comentamos as discretizações espaciais e temporais para casos 1D e 2D, apresentando os resultados numéricosAbstract: Crankshafts are subjected to high loads in internal combustion engines, leading to bending and torsion stress cycles. Fatigue failure is a major concern when designing crankshafts, requiring several hours of fatigue testing, and the project becomes expensive and time consuming. With the objective of reducing test cost and time, we use finite element models to estimate test conditions and stress distribution of crankshafts under bending. We verify the accuracy of our model by comparing the numerical results with experimental data obtained from a resonant bending test rig that we designed and manufactured. The resonant test rig is used to obtain fatigue data of crank throw samples using the staircase method. Other experimental procedures such as specimen tensile and fatigue tests provide additional information on the crankshaft material. Last, we show a phase field model for damage, fracture and fatigue to simulate crack initiation and propagation. We comment on the spatial and time discretization of 1D and 2D approximations and show numerical resultsMestradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoMestre em Engenharia Mecânica2015/10310-2FAPES