Determinação da vida útil em fadiga termo-mecânica de tambores de freio através de simulação computacional

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorOs tambores de freio são componentes mecânicos empregados em dispositivos projetados para absorver a energia cinética de veículos automotores ou implementos rodoviários convertendo grande parcela desta energia em calor. Tensões provenientes da variação de temperatura associadas à ciclos de frenagem levam ao surgimento de trincas que levarão o componente a falha. Os tambores de freio são fabricados em ferro fundido, material escolhido por sua alta condutividade térmica, pela alta difusividade térmica e baixo custo. Este trabalho tem por objetivo criar um modelo parametrizado para a determinação da vida útil em fadiga termo-mecânica de tambores de freio fabricados com ferro fundido utilizados em implementos rodoviários do tipo semi-reboque de carga seca. Com a determinação da carga de frenagem atribuída a cada tambor de freio utilizou-se de uma equação para a determinação de fluxos de calor relacionados a processos de frenagem. Cada valor determinado foi aplicado a uma análise por elementos finitos afim de se determinar um histórico de temperaturas nodais do tambor de freio, para cada processo de frenagem. Uma vez determinados os históricos de temperatura, utilizou-se uma outra análise por elementos finitos para a determinação dos históricos de tensão para pontos críticos pertinentes a geometria do tambor de freio, onde provavelmente configuram-se as primeiras trincas por fadiga. Para se estimar a vida em fadiga do tambor de freio, foi escolhido o ponto e o evento de frenagem onde há maior probabilidade de surgimento de trincas. Serão devidamente aplicados os conceitos de fadiga para determinação do número de ciclos associado ao surgimento de trincas no componente. Para três eventos de frenagem considerados, observou-se que os maiores níveis de tensão apresentaram-se na direção circunferencial e o maior nível encontrado está associado a um evento onde o veículo encontra-se num processo de frenagens consecutivas, caracterizado por intervalos de 5 segundos para frenagem e 4 segundos para retomada. Quando simulado, num processo de frenagem longa, atingem-se temperaturas de aproximadamente 800°C. Conclui-se que as regiões próximas ao flange de aparafusamento do tambor de freio é a região que apresenta condições ideais para o provável surgimento das primeiras trincas de fadiga térmica