Criterio de falhas - elementos mecânicos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

Critério de Falhas Elementos de Máquinas I Professor: Me. Eng. Danilo Braga

Sumário   

  

Elementos de máquinas estudados Conhecimentos básicos Critérios de falha  Materiais Dúctil  Materiais Frágeis Modos de falha Fatores que concentram tensão Fatores adiversos que contribuem com aumento de tensão

Elementos de máquinas estudados MANCAIS DE ROLAMENTOS ÁRVORE DE EIXO

MANCAIS DE ROLAMENTOS

POLIA PARA CORREIAS EM V CHAVETA

Elementos de máquinas estudados • Cabos • Correntes • Molas • Engrenagens

Acoplamentos

• Freios e embreagens

Correntes

Molas

Junta soldada

Engrenagens

Conhecimentos básicos 

 Análise de esforços atuantes e DCL:

Conhecimentos básicos 

Diagrama de momentos e esforços:

Conhecimentos básicos

Conhecimentos básicos • Tensão e deformação:

σy

 – Tensões Normais e deformações

τxy

longitudinais.  – Tensões cisalhantes e deformações transversais.  – Tensões principais.  – Círculo de Mohr e relações analíticas.

σx

θ

τ σ 1, 2 =

σ3

σ2

σ1

σ

σ  x + σ  y

2

τ max = ±

(

(

±

σ  x − σ  y

2

σ  x − σ  y

2

tan(2θ ) =

)2

2

+ τ  xy

2τ  xy σ 

σ 

)2

2

+ τ xy

Critérios de falha TEORIA DA MAXIMA TENSÃO DE CISALHAMENTO TEORIA DA DISTORÇÃO DE ENERGIA Tensão de Von Mises:

Estado plano: Tensão Projeto para escoamento: Cisalhamento para o

Critérios de falha Para materiais frágeis: Coulomb-Mohr:

Máxima tensão normal:

Teoria de Mohr modificada:

Critérios de falha SELEÇÃO DE CRITERIO DE FALHA:

Critérios de falha Objetivos: • •

Determinam a segurança do componente. Coeficientes de segurança arbitrários não garantem projeto seguro. • Compreensão clara do(s) mecanismo(s) de falha (modos de falha). • Aspectos de confiabilidade. • Relação custo x benefício = balanço.

Modos de falha • • • • •

Por deslocamentos excessivos. Por escoamento. Por fratura. Por critérios operacionais. Outros.

Dado um projeto, com suas definições geométricas, material, carregamento e função definidos, o que constitui a falha deste projeto? Pergunta:

Falha por deslocamento excessivo • Deflexão elástica sob equilíbrio estável. q

 M 

F 

Contato ?

?

 Normas: limitam deslocamentos máximos.

Falha por escoamento Exemplo: Flambagem P

Pcr

Comportamento ideal u

Coluna imperfeita Pcr 

Pcr

u

Falha por escoamento •Material •Geometria •Carregamento

σesc

φ

Escoamento ?

Projeta-se para que as tensões nos pontos críticos não ultrapassem

Falha por fratura Sem escoamento

Crack initiation site

Fracture zone

Exemplo 2:

Propagation zone, striations

Crack initiation site

Fracture area

928 Porsche timing pulley

Crack started at the fillet

37

Fracture surface of a failed bolt. The fracture surface exhibited beach marks, which is characteristic of a fatigue failure.

25mm diameter steel pins from agricultural equipment. Material; AISI/SAE 4140 low allow carbon steel

10/1/2013

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bicycle crank spider arm

This long term fatigue crack in a high quality component took a considerable time to nucleate from a machining mark between the spider arms on this highly stressed surface. However once initiated propagation was rapid and accelerating as shown in the increased spacing of the 'beach 10/m 1/2a 01r  3ks' on the surface caused by the advancing fatigue crack.

39

Crank shaft

Gear tooth failure

10/1/2013

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Hawaii, Aloha Flight 243, a Boeing 737, an upper part of the plane's cabin area rips off in mid-flight. Metal fatigue was the cause of the failure.

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