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Título: Análise numérica do crescimento de trinca sob influência de nódulos de grafita submetida à flexão presente na raiz de dentes de engrenagem
Autor(es): Lazzaron, Jaqueline
Orientador(es): Silva, Carlos Henrique da
Palavras-chave: Ferro fundido
Engrenagens
Método dos elementos finitos
Tensão - Concentração
Metais - Fadiga
Engenharia mecânica
Cast-iron
Gearing
Finite element method
Stress concentration
Metals - Fatigue
Mechanical engineering
Data do documento: 16-Nov-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: LAZZARON, Jaqueline. Análise numérica do crescimento de trinca sob influência de nódulos de grafita submetida à flexão presente na raiz de dentes de engrenagem. 2016. 118 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.
Resumo: O ferro fundido nodular (austempered ductile iron) possui diversas propriedades mecânicas vantajosas combinadas com custo competitivo para ser empregado como material de fabricação de engrenagens. Com o intuito de promover a consolidação de conhecimentos técnicos deste material, o trabalho em questão investiga a influência dos nódulos de grafita (dispersos na matriz ausferrítica) em uma trinca localizada na raiz do dente de uma engrenagem de dentes retos. Os nódulos de grafita atuam como concentradores de tensão, alterando o campo de tensões na região em que estão localizados. Sendo assim, nódulos de diâmetros 8, 16, 32, 64 e 128 µm foram posicionados a diferentes distâncias da ponta da trinca. O ângulo de propagação da trinca, do inglês Crack propagation angle (CPA), e o fator intensidade de tensão em modo I (KI) foram determinados utilizando o software comercial de elementos finitos ABAQUS. Os resultados mostraram que há uma forte influência sobre KI e CPA na presença de nódulos quando estes estão próximos da ponta da trinca, deixando de influir significantemente a partir da distância de 0,10 mm. Adicionalmente, observa-se que os nódulos de grafita atuam como concentradores de tensão com capacidade de concentração de cerca de 1,7 e 1,8, quando distantes a mais de 0,10 mm da superfície da raiz do dente. Estes valores são maiores quando os nódulos estão mais próximos da superfície. Observou-se também que a presença de nódulos de diferentes diâmetros nas redondezas da ponta da trinca influi no caminho percorrido durante a propagação desta. A análise feita com dois nódulos de diferentes tamanhos (32 e 64 µm) a 0,025 mm da ponta da trinca demonstrou que para o nódulo de maior diâmetro a influência é maior.
Abstract: The austempered ductile iron presents many advantageous mechanical properties combined with competitive cost to be used as raw material for gears. In order to promote the consolidation of technical knowledge of this material, the aim of the current study is to investigate the influence of the graphite nodules (presented in the austempered matrix) in a crack located in the root of a spur gear tooth. Graphite nodules act as stress concentrators changing the stress field where they are located. Thus, 8,16, 32, 64 e 128 µm diameter nodules were placed at different distances from crack tip. The crack propagation angle (CPA) and the stress intensity factor (KI) were calculated using the finite element analysis software ABAQUS. The results show that there is a strong influence on KI and CPA when they are near to the crack tip. These values are approximately the same of the case with no nodules when the distances from the crack tip are bigger than 0.10 mm. Additionally, it is observed that the nodules act as stress concentrators with concentration capacity around 1.7 and 1.8, when the distance from the surface of the gear root is bigger than 0.10 mm. These values become higher when the nodules are close to the surface. It is also observed that the presence of different diameters nodules influence on the path of the crack propagation. The analyses with two different diameters, (32 e 64 µm) 0.025 mm distant from crack tip, show that for the bigger nodule the influence is greater.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9405
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