Estudo analítico, numérico e experimental do projeto de eixos em fibra de carbono, aço carbono e aço inox, considerando as suas respectivas velocidades críticas
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Data
2016-12-15
Autores
Diniz, Grazielli de Oliveira [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
The present work presents a proposal for an analytical, numerical and experimental study of axes made of carbon fiber, carbon steel and stainless steel and aims to investigate the behavior of the different materials regarding to their natural frequencies, allowing the finding of critical speeds and the establishment of safe work rotation ranges. This analysis was motivated by the interest in investigating the performance of different manufacturing materials for a drive shaft applied to cooling towers of Gerdau company. The use of experimental, numerical and theoretical approaches allows to confront the results obtained, and so, validating the analysis. Still, the tests using two different methodologies allow the identification of the influence of the axes' fixing procedures over the natural frequency values for each material used during the experiments. So, in terms of performance, it was possible to verify that the axis made of carbon fiber presents superior behavior to the other materials also used on the study, justifying its use in high rotation applications. The tubular shafts made of stainless steel 304 and SAE 1036 steel presented similar natural frequency values, while the solid shaft made of SAE 1020 steel presented the worst performance once the high mass promotes greater deflections along the axis and consequently smaller values for the critical speeds
O presente trabalho apresenta uma proposta de estudo analítico, numérico e experimental de eixos fabricados em fibra de carbono, aço carbono e aço inox e objetiva investigar o comportamento dos diferentes materiais quanto às frequências naturais, permitindo a caracterização das velocidades críticas e o estabelecimento de faixas seguras para as rotações de trabalho. Tal análise foi motivada pelo interesse em investigar a performance de diferentes materiais de fabricação para um eixo de transmissão de potência existente em torres de resfriamento da empresa Gerdau. A utilização das abordagens experimental, numérica e teórica permite confrontar os resultados obtidos, validando a análise. Ainda, a realização dos ensaios utilizando duas diferentes metodologias possibilita a identificação da influência da forma de fixação dos eixos nos valores das frequências naturais. Em relação ao desempenho, o eixo fabricado em fibra de carbono apresenta comportamento superior aos demais, justificando seu uso em aplicações de alta rotação. Os eixos tubulares de Aço Inox 304 e Aço SAE 1036 apresentaram valores próximos de frequências naturais, enquanto o eixo maciço de Aço SAE 1020 apresentou o pior desempenho, tendo em vista que a massa elevada promove maiores deflexões ao longo do eixo e consequentemente menores valores para as velocidades críticas
O presente trabalho apresenta uma proposta de estudo analítico, numérico e experimental de eixos fabricados em fibra de carbono, aço carbono e aço inox e objetiva investigar o comportamento dos diferentes materiais quanto às frequências naturais, permitindo a caracterização das velocidades críticas e o estabelecimento de faixas seguras para as rotações de trabalho. Tal análise foi motivada pelo interesse em investigar a performance de diferentes materiais de fabricação para um eixo de transmissão de potência existente em torres de resfriamento da empresa Gerdau. A utilização das abordagens experimental, numérica e teórica permite confrontar os resultados obtidos, validando a análise. Ainda, a realização dos ensaios utilizando duas diferentes metodologias possibilita a identificação da influência da forma de fixação dos eixos nos valores das frequências naturais. Em relação ao desempenho, o eixo fabricado em fibra de carbono apresenta comportamento superior aos demais, justificando seu uso em aplicações de alta rotação. Os eixos tubulares de Aço Inox 304 e Aço SAE 1036 apresentaram valores próximos de frequências naturais, enquanto o eixo maciço de Aço SAE 1020 apresentou o pior desempenho, tendo em vista que a massa elevada promove maiores deflexões ao longo do eixo e consequentemente menores valores para as velocidades críticas
Descrição
Palavras-chave
Eixos, Fibras de carbono, Aço inoxidável, Axles
Como citar
DINIZ, Grazielli de Oliveira. Estudo analítico, numérico e experimental do projeto de eixos em fibra de carbono, aço carbono e aço inox, considerando as suas respectivas velocidades críticas. 2016. 84 f. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado - Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2016.