Title

ESTUDOS PARA REDUÇÃO DE TENSÕES E AUMENTO DE VIDA À FADIGA DA REGIÃO DOS PESCOÇOS DE CILINDROS DE APOIO UTILIZANDO O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

ANALYSES FOR STRESS REDUCTION AND FATIGUE LIFE IMPROVEMENT IN THE NECK REGION OF BACKUP ROLLS USING THE FINITE ELEMENT METHOD

Authorship

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi; Cravero, Sebastian; Carmo, José Edésio do; Santos, Cláudio Eduardo Rocha dos; Veiga, Luiz Alberto Murad

Donato, Gustavo Henrique Bolognesi

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Cravero, Sebastian

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Carmo, José Edésio do

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Santos, Cláudio Eduardo Rocha dos

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Veiga, Luiz Alberto Murad

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DOI

10.5151/2594-5297-0002

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Abstract

O presente estudo visa o aumento de resistência à fadiga da região dos pescoços dos cilindros de apoio do laminador Breakdown da Novelis (Unidade Pindamonhangaba), buscando, para tal, a redução nos níveis de tensões de trabalho através de propostas de melhoria na geometria do cilindro e seus componentes. A geração e avaliação de propostas de melhoria é conduzida através de modelos numéricos não-lineares 3D de elementos finitos altamente refinados e que incorporam efeitos de contato entre corpos, os quais permitem uma descrição detalhada dos campos de tensões e deformações. Foram considerados dados reais de materiais, interferências de montagem e carregamentos. Frente à identificação dos pontos críticos, buscou-se a otimização das entidades geométricas mais relevantes tanto para o cilindro como para seus componentes de montagem. As alterações foram também simuladas e os resultados comparados para averiguação da eficácia das propostas. Os resultados mostram reduções de até 48% nas tensões principais máximas, tensões de Von Mises e tensões de contato normal. Tais resultados são fortemente positivos na amenização dos efeitos de fadiga de alto ciclo, fretting e propagação de microtrincas, culminando em expressiva melhora mecânico- estrutural dos cilindros de apoio, o que conduz a aumento de vida, confiabilidade e retorno do investimento.

This work looks for improving fatigue life of backup rolls in its neck region. The rolls studied here are installed in Novelis’ breakdown rolling mill. The focus is to reduce stress levels with new geometrical proposals for the rolls and its components. The evaluation is based on very detailed non-linear 3D finite element models, which incorporate contact effects between components and describe clearly the stress-strain fields. Real material data, assembly interferences and also loading conditions were considered. Once hot spots were identified, relevant geometry details were optimized both for the roll and its components. All new proposals were also simulated and had its results compared to the original roll behavior, in order to quantify its effectiveness. The results presented stress reduction up to 48% in maximum principal, Von Mises and contact normal stresses. These effects are highly positive for the reduction of high cycle fatigue, fretting and microcracks propagation. As consequence, it was achieved a sensible mechanical-structural improvement in the backup rolls, which generates higher fatigue life, reliability and financial gains.

Keywords

Laminação; Cilindro de apoio; Análise numérica; Fadiga.

Rolling mill rolls; Backup roll; Numerical analysis; Fatigue.