Previsão de vida em fadiga em fios de alumínio liga contendo microfuros utilizando métodos numéricos

Abstract

Diversos trabalhos têm mostrado que a fadiga por fretting é a principal causa de falha mecânica em um cabo condutor de energia elétrica e que este fenômeno pode ser modelado como um problema de concentração de tensão. Neste sentido, este trabalho investiga a previsão de vida em fadiga de fios de alumínio liga 6201-T81, utilizados na fabricação de cabos condutores, com microfuros. Estes microfuros são concentradores de tensão que atuam como uma simplificação do problema de contato mecânico que ocorre nestes fios. Para a previsão de vida foi utilizada uma extensão da Teoria da Distância Crítica (TDC), onde o tamanho característico do material, LM, varia com o número de ciclos até a falha, Nf, estabelecendo uma relação LM (Nf). A calibração desta relação foi construída a partir de duas curvas S-N, uma para fios lisos (sem entalhe) e outra para fios com entalhe agudo. Para a validação e as análises dos resultados de previsão de vida nos fios foram avaliados dois tipos de microfuros: (i) furos passantes com diâmetros de 0,5 e de 0,7 mm e (ii) furos cegos com diâmetros e profundidades de 0,1x0,1mm, 0,35x0,3mm e 0,7x0,7mm, respectivamente. A exatidão das previsões de vida realizadas com os métodos do ponto (MP), da linha (ML) e do volume (MV) foram avaliadas considerando os dados previstos dentro de uma banda de dispersão de fator 3. Neste contexto, os furos passantes tiveram uma média de 90% dos dados e os furos cegos 0,35 e 0,7 uma média de 95%. Estes resultados indicam que estes tipos de furos mostraram uma excelente adesão às três metodologias utilizadas com poucas variações entre elas. Já o furo cego 0,1 apresentou resultados diferentes nas previsões de vida entre os métodos da TDC utilizados, sendo o ML o melhor deles com o 90% dos dados previstos. Esta diferença é atribuida ao efeito do tamanho, geométrico e estatístico. Em geral, o ML mostrou ser o melhor método para a previsão de vida à fadiga em fios com microfuros de qualquer tipo, mesmo quando existem gradientes de tensão severos. Isto indica que pode ser o método mais indicado em problemas de fadiga por fretting em fios e consequentemente, um passo intermediário para a construção de novos modelos de avaliação de dano em cabos condutores, utilizando métodos numéricos.