Estimativa de vida em fadiga de um eixo de veículo comercial submetido a diferentes perfis de pista

Abstract

Segundo o Anuário da Confederação Nacional dos Transportes (CNT) do transporte 2019, o modal rodoviário brasileiro é responsável por cerca de 60% do total de cargas transportadas, sendo que apenas 12,4% das estradas do país são pavimentadas, e destas aproximadamente 59% apresentam algum tipo de problema. Nesta realidade, estão inseridas as fabricantes do sistema veicular responsável pelo isolamento das mercadorias, passageiros e motoristas das oscilações e irregularidades das vias: a suspensão. Para oferecer um produto ao mercado com qualidade, durabilidade, segurança, leve e ainda a um preço competitivo, é essencial que o fabricante tenha um bom conhecimento sobre as solicitações que seu produto estará exposto. Com base nestas proposições, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar o comportamento à fadiga de um modelo de eixo de implemento rodoviário quando submetido a pistas curvas com diferentes perfis de rugosidade, modeladas a partir da norma ISO 8608. Neste contexto, desenvolveu-se uma metodologia de avaliação de vida em fadiga baseada em elementos finitos (EF) utilizando-se de técnicas de dinâmica multicorpos (MBS) para o levantamento das cargas de serviço da aplicação. A vida em fadiga foi calculada pela abordagem do domínio do tempo e o método deformação-vida (ε-N), com considerações dos efeitos das tensões médias, multiaxialidade das tensões e carregamentos não proporcionais. Para isso, foi utilizado o software comercial nCode DesignLife, o qual possui um módulo de fadiga multiaxial que seleciona o critério de fadiga de acordo com o nível de proporcionalidade e taxa de biaxialidade das tensões. Foi possível avaliar a influência da pré-tensão na vida em fadiga do eixo, comparar a vida em fadiga dos pontos críticos para cada uma das pistas, além de avaliar a influência da ausência de rugosidade e curvas da pista na vida em fadiga do eixo. Os resultados mostraram que ao considerar a pré-tensão dos grampos, as deformações tiveram um deslocamento a patamares mais positivos, portanto, maior dano acumulado e menor vida em fadiga. Como era esperado, os resultados apresentaram que à medida em que se aumenta o nível de rugosidade da pista a vida em fadiga diminui. Já o modelo ausente de curvas apresentou uma vida consideravelmente maior.

According to the Yearbook of the Confederação Nacional dos Transportes (CNT) 2019, the Brazilian road modal is responsible for about 60% of the total cargo transported, and only 12.4% of the country's roads are paved, and of these approximately 59% have some type of problem. In this reality, are inserted the manufacturers of the vehicle system responsible for the isolation of goods, passengers and drivers from the oscillations and irregularities of the roads: The Suspension. To offer a product to the market with quality, durability, safety, lightweight and even at a competitive price, it is essential that the manufacturer has a good knowledge about the requests that his product will be exposed. Based on these propositions, the general objective of this work was to evaluate the fatigue behavior of a road implement axel model when submitted to curved tracks with different roughness profiles, modeled using the ISO 8608 standard. In this context, a finite element based fatigue life assessment (FE-based) methodology was developed using multibody dynamics (MBS) techniques to survey the service loads of the application. Fatigue life was calculated using the time domain approach and the strain-life method (ε-N), with mean stresses effects considerations, multiaxiality of stresses and non-proportional loadings. For this, the commercial software nCode DesignLife was used, which has a multiaxial fatigue module that selects the fatigue criterion according to the level of proportionality and biaxiality ratio of the stresses. It was possible to evaluate the influence of pre-tension on the fatigue life of the axle, comparing the fatigue life of the critical points for each of the tracks, besides evaluating the influence of the absence of roughness and curves of the track on the life of the axle. The results showed that when considering the pre-tension of the clamps, the strains had a displacement to more positive levels, therefore, more accumulated damage and less fatigue life. As expected, the results showed that as the level of roughness of the track increases, fatigue life decreases. The model without curves, on the other hand, had a considerably longer life.