Projeto e aplicação de um transdutor multiaxial de carregamento em análise estrutual

Abstract

A determinação do carregamento atuante em um componente estrutural é a maior dificuldade em grande número de problemas industriais e acadêmicos. Em muitos casos, nas mais diversas áreas da engenharia, é comum a adoção de valores estimados de carga, para efeito de projeto e análise. A complexidade aumenta quando o carregamento atuante é multiaxial, ou seja, possui componentes de força e momento em diferentes direções. Este trabalho apresenta os aspectos teóricos e aplicados para o desenvolvimento de transdutores de carregamento, para avaliação das três componentes de força (Fx, Fy e Fz) e das três componentes de momento (Mx, My e Mz). Propõe-se como objetivo projetar, construir e calibrar um transdutor de geometria simples, utilizando materiais e componentes de baixo custo e com boa disponibilidade no mercado. Modelos em elementos finitos foram utilizados para a análise de seis propostas de geometria, em um processo seqüencial de evolução, até a definição e detalhamento da solução final de projeto. Uma bancada foi projetada e utilizada para a calibração de dois transdutores protótipos. Após a calibração, estes foram utilizados em um estudo de caso, na avaliação de um sistema mecânico em condições típicas de operação, para a determinação do carregamento atuante. Neste estudo o histórico de carregamento medido em diferentes pontos do componente, foi utilizado como condição de contorno na modelagem em elementos finitos proposta da estrutura. As regiões identificadas como críticas, foram posteriormente instrumentadas com técnicas de extensometria, para determinação dos níveis de solicitação atuantes. Os valores obtidos nestes ensaios foram então comparados aos resultados obtidos numericamente, para avaliação da qualidade da análise, em cada situação de funcionamento do sistema. Os resultados e conclusões obtidos nas simulações apresentam o potencial de refinamento da análise de tensões em um componente, se comparado à qualidade de resultados obtidos quando o carregamento é apenas estimado. De forma geral, a determinação do carregamento multiaxial atuante permite elevar a complexidade e performance da análise.