Simulação computacional de tensões mecânicas pelo método dos elementos finitos: estudo de caso da tampa de uma caixa de gordura

Resumo

Durante a fase de projeto de componentes mecânicos investigações na parte de concentração de tensões mecânicas em descontinuidades geométricas são importantes para determinação dos esforços limites, no intuito de preservar a integridade estrutural. O procedimento de verificação de esforços atuantes durante a fase de projeto poderá influenciar no processo de fadiga e fratura mecânica. Com base nas especificações geométricas da peça e mecânicas do polipropileno, obtidas da literatura, o presente trabalho investiga o campo de resistência mecânica por meio da metodologia da simulação numérica, o método dos elementos finitos. O caso de falha de uma alça da tampa de uma caixa de gordura residencial foi investigado por meio de um modelo virtual em 3D. As condições de contorno como medição e aplicação de força, restrições ao movimento foram verificadas. O critério de falha utilizado foi o de von Mises e pela 1ª tensão principal. De acordo com a força aplicada, o modelo virtual apresentou tensão de 35 MPa, este valor e 6% maior que a tensão de escoamento do material fornecida pela literatura. Um fator de concentração de tensão médio de 6,9 foi observado na borda do filete na extremidade da peça. Um exame macrográfico da superfície de fratura foi realizado, observou-se regiões de nucleação de trinca, estrias de fadiga, microtrincas e direção de propagação. Pela estimativa de fadiga teórica, o colapso da peça se iniciou com aproximadamente 4 ciclos e após o redimensionamento do raio do filete a previsão de vida à fadiga foi de aproximadamente 331.410 ciclos para uma tensão de 19,5 MPa. Um reprojeto da geometria do filete contribuirá para minimizar o rápido acúmulo de danos na região investigada.