Predição da vida em fadiga sob condições de fretting de um fio de alumínio 1350-H19 utilizando o método dos elementos finitos

Abstract

A vida de cabos condutores de energia é geralmente reduzida devido a ação de vários fatores degradantes, tais como tensões flutuantes, distorção, corrosão e desgaste. Contudo, quando sujeitos à deslocamentos oscilatórios provocados pela carga de vibração eólica, essas estruturas são ainda afetadas pelo fenômeno da fadiga por fretting, que acarreta na ruptura de seus fios internos, sendo o principal causador de falhas catastróficas. Adicionalmente, a caracterização experimental desse evento é bastante custosa, já que se faz necessário o estudo das interações fio-fio e fio-estrutura que ocorrem em diversos pontos internos e externos aos cabos. Tendo em vista esse contexto, o objetivo deste trabalho é investigar o comportamento de um fio de alumínio 1350-H19, elemento constituinte do cabo condutor IBIS (CAA 397,5 MCM), quando sujeito à fadiga por fretting, por meio da previsão de vida desses componentes. Para isso, desenvolveu-se uma metodologia onde, primeiramente, utilizou-se o software ABAQUS/CAE para construir uma simulação com elementos finitos tridimensionais, a fim de se obter as tensões e deformações características dessa configuração de contato e, assim, poder implementá-las em uma abordagem analítica de fadiga uniaxial, baseada em tensão. Dessa forma, utilizou-se uma malha otimizada, estruturada apenas na região do contato, com elementos de 35 m e erros relativos, quanto à mecânica do contato elástico, em torno de 10%. Além disso, na análise de fadiga utilizaram-se os modelos uniaxiais de Gerber, Goodman modificado, Soderberg, Smith-Watson-Topper (SWT), Morrow e Walker, associados às metodologias de Juvinall e Marshek (2011) e Budynas e Nisbett (2011). Os modelos de Goodman modificado, Soderberg e Morrow conseguiram prever a inclinação média dos dados experimentais quando a carga normal (P) foi considerada 250 N com erros relativos de no máximo 10%, enquanto que os modelos de SWT e Walker previram a inclinação média dos pontos quando a carga P = 500 N com erros relativos por volta de 3%. Por fim, para os modelos de Morrow e Walker, quando combinados à metodologia de Budynas e Nisbett (2011), obteve-se a maior aproximação das previsões numéricas em relação aos dados experimentais, com mais de 80% dos dados dentro dos limites impostos pelo fator de três vidas.