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Reduza a concentração de estresse com essas dicas de design




Quando as equipes de produto passam pelo processo de seleção de materiais, procuram, entre outras coisas, um material com propriedades mecânicas adequadas ao uso final da peça final. Isso garante que o material não seja usado em aplicações além de sua resistência ao escoamento. Ainda assim, mesmo as peças feitas do material certo falham às vezes – por quê?

Uma razão pela qual os materiais falham é por causa da concentração de tensão, uma falha de projeto que compromete a integridade estrutural da peça. Aqui está tudo o que as equipes de produto devem saber sobre concentração de estresse, além de como reduzi-lo por meio de um design cuidadoso.

O que é concentração de estresse?


Uma concentração de tensão é um ponto no projeto da peça onde a tensão é significativamente maior do que na área circundante. As concentrações de tensão são mais comumente causadas por uma mudança abrupta na geometria da peça, normalmente em torno de cantos afiados, furos, entalhes ou ranhuras.

As concentrações de tensão também são mais prováveis ​​de ocorrer em peças com designs complexos ou sofisticados. Embora formas geométricas únicas possam aumentar o desempenho geral da peça, elas também causam transferências de carga tortuosas e aumentam a probabilidade de concentrações de tensão.

O fator de concentração de tensão, denotado Kt , pode ser definido como a razão entre a tensão mais alta na peça e a tensão de referência. Para expressar matematicamente a concentração de tensão, a equação é:

σmáximo é igual à tensão máxima e σref é igual à tensão de referência. Uma peça sem irregularidades tem valor próximo a um, enquanto uma peça com irregularidades ou descontinuidades máximas tem valor maior que um.

Quando uma peça tem concentrações de tensão, é mais provável que falhe de duas maneiras. Primeiro, a peça tende a falhar diretamente da concentração de tensão, o que normalmente resulta em trincas. Em segundo lugar, mesmo que a peça não sofra uma fratura perceptível, as concentrações de tensão podem reduzir drasticamente o ciclo de vida do produto, enfraquecendo a peça ao longo do tempo.

4 métodos para reduzir a concentração de estresse


Para garantir a longevidade de suas peças e evitar fraturas, as equipes de produto devem executar modelos FEA para garantir que não haja tensões ou concentrações de tensão. Aqui estão quatro dicas que todos os designers e equipes de produto devem saber:

1. Inclua transições graduais no design


A causa mais comum de concentrações de tensão é uma mudança abrupta na geometria ou uma transição abrupta de forma. Para explicar isso, os designers devem usar medidas de design específicas, como raios de filete ou cones para facilitar a transição de uma forma para outra. A suavização de áreas críticas do projeto da peça influencia o fluxo de tensão e evita que a tensão se acumule em um local.

2. Use entalhes de alívio


Os projetistas também podem aliviar as concentrações de tensão removendo o material próximo aos entalhes, criando um sulco adicional chamado entalhe de alívio. Embora os entalhes de alívio adicionem um pouco de geometria adicional ao projeto, os projetistas podem usar entalhes de alívio para controlar as linhas de tensão em uma peça. Esses recursos podem ser testados e aperfeiçoados por meio de sucessivas análises de FAE.

3. Opte por vários pequenos entalhes de relevo em vez de um único longo


Para momentos em que furos e entalhes são inevitáveis, é melhor usar muitos pequenos entalhes de alívio. Em contraste com a técnica anterior, onde um único sulco é usado para corrigir quaisquer irregularidades, essa abordagem envolve cercar cada entalhe intencional com vários entalhes menores para suavizar as potenciais concentrações de tensão. Os engenheiros podem remover material adicional para criar entalhes em miniatura, mantendo o entalhe original.

4. Evite cantos afiados


Os cantos afiados devem ser evitados em princípio, especialmente na usinagem CNC de geometrias de peças internas, mas os projetistas também devem evitá-los se estiverem preocupados em criar oportunidades para concentrações de tensão. Se o padrão permitir, os projetistas devem sempre usar um raio de arredondamento nos cantos vivos. Esse fator de projeto garante que a área da seção transversal diminua gradualmente em vez de repentinamente e distribui a tensão por toda a peça de maneira mais uniforme.

Reduza o estresse com Fast Radius


Concentrações de tensão, quando muita tensão se acumula em um ponto do projeto, podem comprometer a integridade estrutural de uma peça e fazer com que ela enfraqueça ou quebre prematuramente. Felizmente, as equipes de produto podem evitar concentrações de estresse incorporando as dicas e soluções alternativas mencionadas em seus projetos de peças.

Um parceiro de fabricação global como a Fast Radius pode ajudar as equipes de produto a otimizar seus projetos para reduzir a concentração de estresse e levar suas peças para o próximo nível de funcionalidade e estética. Nossa equipe de designers, engenheiros e maquinistas experientes tem acesso às mais recentes tecnologias de design disponíveis e vem para a mesa com décadas de experiência em ajudar as equipes a aperfeiçoar seus projetos para um desempenho ideal. Contacte-nos hoje - vamos tornar possíveis coisas novas.

Para obter mais lições de design e considerações importantes para construir peças limpas e funcionais, visite o centro de aprendizagem Fast Radius.

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