Apresentação

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    06-Nov-2015
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  • UMA METODOLOGIA PARA OBTENO DEPARMETROS TIMOS PARA SIMULAO

    NUMRICA DE FILETES DE SOLDA

    Candidato: Leonel EcherOrientador: Prof. Dr. Rogrio Jos Marczak

    27 de Fevereiro de 2015

    1 / 55

  • ORGANIZAO DA APRESENTAO

    INTRODUO

    - Mtodo da Tenso Estrutural

    - Fadiga em Unies Soldadas

    - Otimizao Estrutural

    METODOLOGIAS PROPOSTAS

    RESULTADOS

    CONCLUSES

    2 / 55

  • Histrico

    Durante a II Guerra Mundial processo de soldagem se consolida;

    Alta demanda por material blico: NAVIOSNavios produzidos Mais leves;inteiramente por Mais baratos;

    soldagem Menos tempo.

    Navio T2 Tanker com casco rompido, em 1943 [fonte: ABS, 2012].

    Causas investigadas por diversas entidades: ABS, BuShips, WSA, USCG;

    Interesse por mtodos para clculo de vida em fadiga de unies soldadas.3 / 55

  • INTRODUO

    Primeiros estudos:

    1960 Primeiros estudos do campo de tenses prximo solda (E. Haibach;S. S. Manson; R. E. Peterson). [Radaj et al., 2006].

    1968 Medies da tenso afastada a uma certa distncia do p da solda[Haibach, E. Ganer, E., 1968].

    sH

    1970 A ideia de utilizar tenses afastadas do p da solda comea a serempregada em estruturas tubulares.

    1975 Demonstrado que o pico de tenso pode se estender de 0, 3e at 0, 4e,onde e a espessura das paredes (placas) [van Wingerde et al., 1995].

    0, 3e 0, 4e

    4 / 55

  • INTRODUO

    Formulao do Mtodo:

    1980 Tentativas de expandir o mtodo para estruturas no tubulares.

    1983 Primeiras tentativas de aplicar a metodologia em cascos de navios[Matoba, M. et al., 1983].

    1990 - Primeira apresentao formal do mtodo da tenso estrutural com apli-cabilidade expandida para estruturas formadas por placas [Radaj, D., 1990].

    A tenso estrutural, hs, um parmetro de engenhariasem significado fsico...

    1994 - Setor automobilstico comea a demonstrar interesse pelo mtodo.Varias tcnicas de modelagem so propostas a partir de ento.

    5 / 55

  • INTRODUO

    Tcnicas de modelagem:

    1995 - Modelagem atravs de elementos de casca oblquos [Niemi, E., 1995].

    1997 - Modelagem atravs de elementos de barra rgidos [Fayard, J. L. et al.,1997].

    2003 - Modelagem sem representao do filete de solda [Eriksson, A. et al.,2003].

    Atravs de uma iniciativa do IIW foi publicado um guia de recomendaespara diferentes tcnicas de modelagem visando o projeto de vida em fadigade estruturas soldadas [Hobbacher et al., 2009].

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  • INTRODUO

    Objetivos:

    Propor uma metodologia para modelagem de estruturas soldadas, atravsde elementos de casca, capaz reproduzir de maneira fidedigna a rigidez daestrutura original.

    Utilizando um processo de otimizao, propor metodologias para repre-sentao de uma estrutura soldada atravs de elementos de casca.

    Aplicar o mtodo da tenso estrutural em conjunto com as metodologiaspropostas para o clculo de vida em fadiga.

    Comparar os resultados com metodologias apresentadas na literatura.

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  • MTODO DA TENSO ESTRUTURAL

    Mtodos de Anlise Local:

    DeformaoEstrutural;

    TensoEstrutural;Tenso Nominal;

    Tenso de Chanfro;

    Propagao de trinca;

    ...

    Principais vantagens:Permite utilizao de anlises de

    EF;Menor custo computacional;Inclui efeitos de elevao da

    tenso devido aos membros daunio;

    Necessita de um menor nmerode curvas S-N.

    8 / 55

  • TENSO EM UMA REGIO DE DESCONTINUIDADE

    Parcelas de Tenso Atuantes Prximas a uma Descontinuidade SegundoHobbacher, A. et al., 2008:

    x

    y

    e

    o

    Tomando como uma distribuio de tenso pela espessura, (y)|y=ey=0:

    m =1

    e

    y=ey=0

    (y)dy,

    b =6

    e2

    y=ey=0

    ((y) m)(e2 y)dy,

    nl = (y) m (1 2ye

    )b.

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  • TENSO ESTRUTURAL

    Apresentao da Tenso Estrutural Segundo Radaj, 1990:

    Mtodo da Tenso Estrutural:

    O mtodo da tenso estrutural desconsidera o efeito de descontinuidade ge-omtrica, gerado pelo p da solda.

    Tenso estrutural avaliada na superfcie da placa, sendo:

    hs = m + b

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  • TENSO OBTIDA POR EXTRAPOLAO

    Extrapolaolinear;

    Tipo desolda;

    Refino demalha;

    Regiesdelta.

    Extrapolao linear de hs [Adaptado de Radaj et al., 2009].

    2 mm

    Pontos de referncia

    Tenso na superfcie da placa

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  • DEFINIO DA REGIO DELTA

    Tipos de Soldas:

    Trs configuraespossveis.

    Tipo de unio;

    Arranjo doscomponentes;

    Ponto de ocor-rncia do pico detenso.

    Configuraes possveis do ponto de ocorrncia do picode tenso em filetes de solda [Adaptado de Fricke etal., 2001].

    ca

    b

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  • DEFINIO DA REGIO DELTA

    Tipos de malha de EF:

    Solda Tipos (a) e (c):Refinada Grosseira

    Tamanho de EF Tamanho de EFtEF e tEF e

    Solda Tipo (b):Refinada Grosseira

    Tamanho de EF Tamanho de EFtEF 4mm tEF > 8mm

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  • DEFINIO DA REGIO DELTA

    Escolha de para diferentes configuraes [Adaptado de Doerk et al., 2003].

    1

    Malhas refinadas: Malhas grosseiras:

    Soldas tipos

    Soldas tipo

    (a) e (c).

    (b).

    1

    0,4 0,5

    1,5e

    4

    8

    12

    5

    15

    2

    3 4

    14 / 55

  • EXTRAPOLAO DA TENSO

    Diferentes regras de extrapolao:

    Tipo de Solda (a) e/ou (c)+

    Tamanho de EF 0, 4eExtrapolao linear com:

    0,4e e 1,0e

    Conforme Hobbacher et al., 2009:

    hs = 1.67 0.4e 0.67 1,0e

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  • METODOLOGIAS DE MODELAGEM

    Modelagem do Filete de Solda

    Vrios tipos de modelagens;

    No h consenso quanto ao melhor;

    Desempenho depende do problema analisado;

    Somente aproximam a rigidez do filete;

    No garantem equivalncia de massa;

    Principais formas de representao do filete em modelos de cascas/placas:

    Por elemento oblquo (EFde casca):

    Por elemento de barrargido:

    Sem representao dofilete:

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  • Representao por Elementos de Casca Oblquos [Niemi,1995]

    g

    Elemento de 2 ordem

    e

    t = e

    Elemento obliquo

    de casca ( t = g )

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  • Representao por Elementos de Barra Rgidos [Fayard etal., 1997]

    E2

    E1

    E1

    E2

    Elemento de

    barra rgido

    Centro de gravidade

    do elemento E2

    E1 = Elemento 1 E2 = Elemento 2

    Filete de

    solda

    Centro de

    gravidade

    do

    elemento

    E2

    Elemento de

    barra rgido

    Filete de

    solda Membro

    superior

    Membro

    superior

    Vista Frontal Vista Superior

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  • Espessura Equivalente [Eriksson e Lignell, 2003].

    2

    1

    2= 2 Elemento de casca

    com espessura

    Elemento de casca

    com espessura 1= 1 Elemento de casca com espessura

    incrementada 3= 2 +

    Elemento de casca com

    espessura incrementada 4= 1 +

    19 / 55

  • CLCULO DE VIDA EM FADIGA

    Fadiga: Mecanismo de falha no qual um componente levado ruptura sobaplicao cclica de carga, onde a carga no capaz de atingir a tenso de falhado componente se aplicada de forma esttica.

    Carregamento

    Cclico

    Nucleao

    de Trinca Micropropagao

    Propagao

    (Macro)

    Falha do

    Componente

    Estgio Inicial Estgio de Propagao

    Estgio Inicial Estgio de Propagao

    F tempo

    Estvel Instvel

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  • CLCULO DE VIDA EM FADIGA

    Clculo de Vida em Fadiga de Unies Soldadas por Diferentes Mtodos:

    Adaptado de Radaj et al., 2006

    Cclico

    Integral-J

    Carga

    Cclica

    Tenso

    Nominal

    Cclica

    Tenso

    Estrutural

    Cclica

    Tenso de

    Chanfro

    Cclica

    Deformao

    de Chanfro

    Cclica

    Cclico

    Intensida

    de Tenso

    Seo

    Transversal

    Descontinuidade

    Estrutural

    Efeito de

    Chanfro

    Elstico

    Efeito de Chanfro

    Elstico-Plstico

    Trincas

    Pequenas

    Trincas

    Grandes

    N N N N N a K

    F

    da/

    dN

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  • CURVAS S-N

    Curvas S-N Empregadas em Conjunto com o Mtodo da TensoEstrutural:

    Curvas obtidas experimentalmente para clculo de N;

    Definidas especificamente para componentes soldados;

    FAT = Fatigue Assesment Tool;

    Nucleao de trinca considerado como ponto de falha;

    Somente falhas no p da solda so consideradas...

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  • CURVAS S-N

    Curvas S-N para Diferentes FAT

    Adaptado de Hobbacher et al., 2009.

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  • FATORES NO CONSIDERADOS PELAS CURVAS S-N

    Limitaes:

    Desalinhamentos maiores que os especificados pelo detalhe estrutural;

    Assimetria de filete maior que a especificada pelo detalhe estrutural;

    Ambiente suscetvel corroso e/ou temperaturas elevadas;

    Tratamento trmico para alvio de tenses residuais;

    Melhora do acabamento superficial do filete...

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  • DETALHES ESTRUTURAIS

    Detalhes Estruturais Analisados

    Adaptado de Hobbacher et al., 2009

    No Detalhe Estrutural Descrio FATAoFATAl

    3 Filete sem transfernciadireta de carga 100 40

    6Cruciforme com

    transferncia direta decarga

    90 36

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  • OTIMIZAO ESTRUTURAL

    Formulao de um Problema de Otimizao:

    Minimizao de f(x):

    minimizarx

    f(x)

    sujeito a gi(x) = 0, i ,hi(x) 0, i ,

    onde: gi(x) uma restrio de igualdade e hi(x) uma restrio