Projeto de ranhuras para alívio de tensões e otimização da resistência à fratura de placas de pressão
Onde normalmente ocorrem as concentrações de tensão nas placas de pressão e por quê?
As concentrações de tensão ocorrem principalmente nas bordas dos furos dos parafusos e nos pontos de contato afiados dos trilhos. Ao fixar o trilho, os furos dos parafusos suportam forças de tração enquanto a superfície de trabalho suporta forças de reação; sua interseção cria tensões extremas de cisalhamento e flexão. As vibrações do trem sujeitam esta zona a tensões alternadas de alta-frequência, tornando-a um local privilegiado para o início de trincas. Sem otimização, as trincas se propagam rapidamente a partir desses pontos.
Como as ranhuras de alívio de tensão alteram a distribuição de tensão?
Ao remover material em pontos de concentração, as ranhuras de alívio modificam artificialmente a seção-de suporte-de carga. Eles dispersam picos de tensão acentuados ao redor dos furos dos parafusos em uma área mais ampla, suavizando o fluxo de tensão. Atuando como uma “zona tampão”, a ranhura permite pequenas deformações elásticas para absorver energia durante o carregamento. Este projeto reduz o pico de tensão ao redor dos furos dos parafusos em mais de 30%, aumentando significativamente a resistência à fadiga.
Quais princípios de projeto regem o tamanho e a posição das ranhuras de alívio de tensão?
As ranhuras devem ser posicionadas com precisão na linha de pico de tensão-geralmente a linha que conecta o centro do furo do parafuso à superfície de trabalho; o desalinhamento anula a eficácia. Largura e profundidade, determinadas através de análise de elementos finitos (FEA), equilibram o alívio de tensões e a integridade estrutural. Ranhuras excessivamente grandes enfraquecem a placa, enquanto as subdimensionadas não conseguem dispersar a tensão. As dimensões ideais geralmente variam de 1/3 a 1/2 da espessura da placa para profundidade, com largura dimensionada de acordo com o tamanho da placa.
Por que as placas de interruptores especiais exigem mais ranhuras de alívio do que as placas convencionais?
As placas de comutação suportam cargas muito mais complexas,-combinando pressão vertical, impulso lateral maciço e tensão longitudinal. A atuação da máquina de comutação adiciona cargas dinâmicas, criando estados de tensão complexos nos furos dos parafusos. As estruturas de placas convencionais não conseguem suportar essa tensão alternada multi{3}}axial e falham prematuramente. As placas de interruptores especiais apresentam, portanto, ranhuras de alívio duplas ou perfiladas para lidar com condições adversas, garantindo uma operação confiável do interruptor.
Como determinar se uma falha de placa fraturada está relacionada ao projeto da ranhura?
Se a trinca iniciar na raiz do sulco e a superfície da fratura apresentar estrias de fadiga distintas, o projeto do sulco provavelmente está defeituoso (por exemplo, raízes afiadas, dimensões inadequadas). Se a falha começar fora da ranhura com a ranhura intacta, a causa não está relacionada a prováveis defeitos de material de projeto ou erros de instalação. Para falhas de lote devido a falhas de projeto, é necessário o recall imediato do produto e o redesenho FEA.