Simulação numérica do comportamento mecânico de um corpo de prova Wol-Modificado utilizando modelos bidimensionais e tridimensionais pelo Método dos Elementos Finitos

Abstract

Esse trabalho demonstra como o uso de modelos numéricos, que preveem o comportamento mecânico de um corpo de prova, podem contribuir no dimensionamento e na preparação de ensaios mecânicos experimentais. Nesse estudo, foi analisado o corpo de prova WOL-Modificado, que possui um parafuso interno e um pino de reação como dispositivos de carregamento. Esse corpo de prova é utilizado para avaliar a resistência de materiais à propagação de trincas considerando um carregamento de tração e o tipo de ambiente que estarão submetidos em serviço. Com apenas um teste com esse corpo de prova, é possível obter o valor do limiar da Tenacidade à Fratura Assistida pelo Ambiente do material. Para isso, é necessário medir diretamente a carga aplicada no corpo de prova utilizando um parafuso instrumentado. No entanto, o furo necessário para inserir um extensômetro nesse parafuso pode acarretar a diminuição da sua resistência mecânica. Devido à escassez de trabalhos que utilizam ferramentas numéricas para dimensionar testes com esse tipo de corpo de prova, este trabalho visa simular o comportamento mecânico durante o carregamento inicial de um corpo de prova WOL- Modificado com modelos tridimensionais e bidimensionais com o Método dos Elementos Finitos, considerando o furo axial no parafuso e o uso de diferentes tipos de aços no parafuso e no pino para avaliar a resposta mecânica do conjunto: corpo de prova, parafuso e pino. Foram realizados estudos de convergência das malhas para identificar qual a densidade de malha mais adequada para cada modelo. As simulações numéricas comprovaram que a presença do furo não provoca alterações significativas na integridade do parafuso. Também foram realizados dois estudos paramétricos. O primeiro considerou diferentes taxas de giro do parafuso para identificar aquela que produz uma taxa de carregamento inferior ao limite máximo estabelecido em norma. O segundo considerou diferentes coeficientes de atrito nos contatos, o qual demonstrou que a ausência de uma boa lubrificação resultará no surgimento de uma componente transversal do carregamento, podendo invalidar o teste.