Application of Moiré methods on stress and strain distribution determination on machine elements

A determinação de tensões e deformações é amplamente empregada na engenharia. Métodos clássicos de extensometria elétrica, extensometria mecânica e simulações por elementos finitos são úteis e permitem qualificar e quantificar a distribuição de carga em elementos de extrutura. Estudos fotoelásticos vêm ganhando cada vez mais espaço, pois facilitam a determinação e permitem a visualização da distribuição de tensões no espécimen em estudo de maneira rápida e confiável. As técnicas de moiré de sombra e projeção são os métodos mais comumente utilizados devido principalmente à simplicidade e rapidez de medição, tornando-os objeto de frequentes estudos em vários tipos de aplicações. A vantagem de se utilizar as técnicas de moiré está associada à simplicidade dos equipamentos necessários, simplicidade de aquisição e processamento de imagens, além de ser adequadas ao estudo de corpos de geometria simples ou complexa. A proposta deste trabalho se identifica em qualificar e quantificar as distribuições de deformação e tensão em uma mola membrana, como elemento de máquina de geometria complexa pela aplicação de técnica de moiré. Para este trabalho foi escolhido à mola membrana como elemento de máquina de geometria complexa, sendo um elemento de papel muito importante na montagem do conjunto de embreagem, pois o desalinhamento das linguetas pode resultar em trepidação ou vibração no pedal, gerando dificuldade de acionamento do mecanismo, podendo gerar também deformações dos componentes, e com isso desgaste prematuro do sistema em pauta. O deslocamento da mola membrana no acionamento da embreagem promove uma alteração na distribuição de tensão e deformação em seu perfil assim como nos componentes associados à mola, e o desalinhamento das linguetas faz com que essa distribuição não seja uniforme. A técnica de moiré de sombra pode auxiliar a simulação para determinar a deformação, a tensão bem como a distribuição de pressão sobre a superfície da mola membrana. A simulação computacional por elementos finitos e a técnica de extensometria com strain gauges, será utilizado como base de comparação entre os resultados obtidos por moiré de forma a proporcionar uma validação da técnica em estudo em elementos mecânicos de geometria não simples.A diaphragm spring was chosen as a machine element of complex geometry, which integrates the clutch assembly. The tabs misalignment may result in vibrations transmitted to the clutch system, as well as difficulties in driving the pedal and can also generate components deformation and thus premature wearing of the whole clutch system. The displacement of the diaphragm spring during clutch driving promotes alterations on the stress and strain distribution on its profile as well as on the components associated to the spring, and tabs misalignment turns this distribution not uniform. The determination of stress and strain is widely used in engineering. Classical methods as electrical strain gage, mechanical gage and finite element simulations are useful to the qualification and quantification of load distribution in the specimens. Photoelastic techniques are gaining space, because it facilitates the stress and strain distribution determination, allowing clear visualization of the undergoing phenomena based on a quick and reliable experimentation. The shadow moiré and projection moiré techniques are the most commonly used methods primarily due to its measurement simplicity and quickness which supports frequent studies and proposed applications. The advantage of using moiré techniques is associated to the requirement of simple experimental setup for image acquisition and processing as well as its application to bodies of simple or complex geometry. The purpose of this study was to apply a moiré technique to obtain the stress and strain qualification and quantification on a spring membrane taken as a machine component of complex geometry. The shadow moiré technique can assist the simulation to determine the strain and stress distribution on diaphragm spring surface. The computer simulation by finite element technique and strain gauges, were used as the basis of comparison between the results obtained by the moiré method to validate the application of the proposed optical method to study of mechanical elements of complex geometry