Análise de propagação de trinca em um eixo de aço SAE 1045 a partir de ensaios de fadiga e modelamento numérico via o método dos elementos finitos

Abstract

O estudo da propagação de trincas por fadiga em eixos através de vibrações mecânicas correlaciona a redução da rigidez com as frequências e modos naturais do sistema. Nesta pesquisa corpos de prova cilíndricos fabricados em aço carbono SAE 1045 com um entalhe em V foram submetidos a ensaio de fadiga com ciclo de 30 Hz variando a carga na forma senoidal de 15 kN a 45 kN, sendo o ensaio interrompido na medida em que a trinca se manifestasse, resultando em trincas com diferentes profundidades: O primeiro corpo de prova sem danos, o segundo numa profundidade inicial, o terceiro numa profundidade intermediária e o quarto no final da propagação da trinca. Estes tiverem seus modos naturais explorados através da análise modal experimental. O comportamento destes eixos foi caracterizado via o método de elementos finitos (MEF) e submetido a análise de fadiga, análise modal e harmônica. Os resultados experimentais mostraram um decaimento da frequência natural estudada de 6944 Hz para 3775 Hz, um decréscimo da ordem de 45,6% no domínio frequência, à medida que a trinca se propaga. Os resultados numéricos mostraram um decaimento da frequência natural estudada de 6719,1 Hz para 3740,2 Hz, um decréscimo da ordem de 44,3% no domínio frequência, à medida que a trinca se propaga. Os resultados mostraram também um número de 81.000 ciclos durante a progressão da trinca e um tempo decorrido de 44 minutos. Estes resultados indicam que o decaimento da frequência natural está associado à mudança de rigidez durante a progressão da trinca, o que indica que é viável monitorar a progressão da trinca rastreando essas frequências naturais.