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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34770| Título: | Análise numérica de diferentes definições para fatores de concentração de tensão em problemas de elasticidade linear |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical analysis of different definitions for stress concentration factors in linear elasticity problems |
| Autor(es): | Costa, Guilherme César Teixeira |
| Orientador(es): | Silva, Jéderson da |
| Palavras-chave: | Materiais - Propriedades mecânicas Tensão - Concentração Método dos elementos finitos Materials - Mechanical properties Stress concentration Finite element method |
| Data do documento: | 15-Ago-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Londrina |
| Citação: | COSTA, Guilherme César Teixeira. Análise numérica de diferentes definições para fatores de concentração de tensão em problemas de elasticidade linear. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2024. |
| Resumo: | Elementos de máquinas podem ter seções transversais não uniformes que contribuem com a formação de regiões de concentração de tensão, que podem levar a falhas estruturais significativas. Por isso é essencial a abordagem e avaliação dos fatores de concentração de tensão dependendo das condições específicas do problema. Dois casos de engenharia são dispostos de modo avaliá-los sob diferentes carregamentos puros de tração, flexão e/ou torção, considerando problemas bidimensionais em estado plano de tensões e problemas tridimensionais. Para o entendimento do comportamento estrutural, a influência do coeficiente de Poisson é investigada. A análise das diferentes definições de fatores de concentração de tensão, avaliadas a partir de referências de literatura clássica, estado da arte e normas técnicas como a DIN 743-2, qualificados a partir da tensão equivalente de von Mises máxima, tensão principal máxima, tensão normal máxima na direção do carregamento, tensão de cisalhamento máxima no plano e tensão de cisalhamento máxima absoluta. A determinação destas definições por análises numéricas através do Método dos Elementos Finitos (MEF) para diferentes geometrias e variações dos parâmetros com o auxílio do software ANSYS®, aplicados a um critério de convergência para refino de malha do tipo h. Os resultados demonstram que a variação relativa entre as definições dos fatores de concentração de tensão, em particular no estado bidimensional, para cargas axiais é relativamente menor, mas torna-se mais evidente com cargas de flexão, independente da propriedade material (em conformidade com o que é afirmado na literatura clássica). Para um estado triaxial de tensão, as discrepâncias entre as diferentes definições dos fatores de concentração de tensão são notórias nos casos de tração e flexão, evidenciando ainda uma dependência do coeficiente de Poisson de até 10%. Esse efeito não é observado no carregamento de torção pura. As diferenças são amplificadas em geometrias com menores raios, sugerindo que a geometria desempenha um papel crítico na escolha da definição dos fatores de concentração de tensão. |
| Abstract: | Machine elements may have non-uniform cross-sections that contribute to the formation of stress concentration regions, potentially leading to significant structural failures. Therefore, it is crucial to approach and evaluate stress concentration factors depending on specific problem conditions. Two engineering cases are presented to assess them under different pure loading conditions of tension, bending, and/or torsion, considering two-dimensional plane stress and three-dimensional problems. To comprehend structural behavior, the influence of Poisson's ratio is investigated. Various stress concentration factor definitions are analyzed, referencing classical literature, state-of-the-art resources, and technical standards such as DIN 743-2. These definitions are qualified based on the maximum von Mises equivalent stress, maximum principal stress, maximum normal stress in the loading direction, maximum shear stress in the plane, and maximum absolute shear stress. The determination of these definitions involves numerical analyses using the Finite Element Method (FEM) for different geometries and parameter variations, facilitated by the ANSYS® software and applied to a h mesh refinement convergence criterion. The results demonstrate that the relative variation between the definitions of stress concentration factors, particularly in the two-dimensional state for axial loads, is relatively minor but becomes more pronounced with bending loads, regardless of the material properties (in accordance with classical literature). For a triaxial stress state, the discrepancies between the different definitions of stress concentration factors are notable in the cases of tension and bending, further highlighting a dependence on the Poisson's ratio of up to 10%. This effect is not observed in pure torsion loading. These differences are magnified in geometries with smaller radius, suggesting that geometry plays a crucial role in choosing the defining stress concentration factors, independently of material properties, aligning with classical literature findings. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34770 |
| Aparece nas coleções: | LD - Engenharia Mecânica |
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