Título

DETERMINAÇÃO DE FADIGA TÉRMICA EM TAMBORES DE FREIO ATRAVÉS DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

THERMAL FATIGUE LIFE EVALUATION OF DRUMS BRAKE VIA NUMERICAL MODELING

Autoria

Amorim, Gustavo Borges; Lopes, Luiz Carlos Rolim; Gouvêa, Jayme Pereira de; Castro, José Adilson de; Tepedino, José Oswaldo Amaral

DOI

10.5151/2594-5327-0195

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Resumo

Os tambores de freio são componentes mecânicos empregados em dispositivos projetados para absorver a energia cinética de veículos automotores ou implementos rodoviários, convertendo grande parcela desta energia em calor. Tensões provenientes da variação de temperatura associadas à ciclos de frenagem levam ao surgimento de trincas que conduzirão o componente à falha. Este trabalho tem por objetivo construir um modelo parametrizado para a determinação da vida útil em fadiga térmica de tambores de freio, fabricados com ferro fundido, utilizados em implementos rodoviários do tipo semi-reboque de carga seca. Uma vez obtidos históricos de temperatura, determinados por intermédio de uma análise térmica, realizada através de simulação computacional, utilizou-se o modelo, para a determinação dos históricos de tensão em pontos críticos pertinentes a geometria do tambor de freio onde provávelmente configuram-se as primeiras trincas por fadiga. Para os três eventos de frenagem analisados, observou-se que, os maiores níveis de tensão apresentaram-se na direção circunferêncial. De todos os casos analisados, o maior nível de tensões encontrado está associado a um evento onde o veículo encontra-se num processo de frenagens consecutivas, caracterizado por intervalos de 5 segundos para frenagem e 4 segundos para retomada. Estimou-se a vida em fadiga do tambor de freio para região e evento de frenagem onde há a maior probabilidade de surgimento de trincas. Foram aplicados os métodos de “rain-flow”, para contagem do número de ciclos. Utilizou-se da equação de Goodman modificada, para determinação do número de ciclos associado ao surgimento de trincas no componente, considerando-se os efeitos da tensão média. Concluiu-se que a região próxima ao flange de aparafusamento do tambor de freio é a região que apresenta condições ideais para o provável surgimento das primeiras trincas ocasionadas por fadiga térmica.

 

Drum brake is a mechanical component designed to transform kinetic energy of automotive vehicles into heat energy. The stress originated by thermal transients associated to braking process may nucleate fatigue cracks and lead the component to failure. In general, drum brakes are made in cast iron because of high thermal conductivity, high thermal difusivity and low cost. The main objetive of this work is to build a parametric model to be used in the thermal fatigue evaluation of a drum brake by means of simulation of different types of braking process, with the help of FEM methods. The ANSYS 7.0 software has been employed. With the history of thermal loading applied into the model, the stress amplitudes and mean stresses was obtained. The fatigue life of the component has been evaluated and the points with the highest probability for crack nucleation was examined. The results have shown that the section near to the bolting flange is the most probable site for crack nucleation.

Palavras-chave

Tambores de freio; Fadiga térmica.

Drum brake; Thermal fatigue.